（制浆造纸工程专业论文）乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究.pdf

乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 摘要 随着社会科技的进步和我国经济建设的发展，人们的环保意识不断增 强，透明纸和半透明纸的应用越来越广泛，“易回收，低污染”的特点使它的 市场前景被一致看好。目前应用比较广的，包括玻璃纸、描图纸、仿羊皮纸、 透明复写纸、透明复印纸及透明包装纸等品种。 由于传统生产方法存在浆料种类使用面窄，高打浆度难以达到，需用专 用设备以及耗电量大等弊端，许多发达国家进行了大量的研究，而纸张透明 剂的出现，为开发新纸种，改良现行工艺开辟了一条新的途径。 本论文以丙烯酸酯单体和苯乙烯单体为主原料，探讨乳液聚合法合成丙 烯酸树脂类纸张透明剂的方案和工艺对纸张透明剂性能和透明剂处理纸张 效果的影响，并讨论纸张透明度的影响因素和透明剂对纸张其他性质的影 响。 选用的四种常见乳化剂，观察它们对单体转化率、透明剂分子量、乳液 粘度、透明剂折光率和纸张透明度的影响。从实验数据来看，单独使用一种 乳化剂时，非离子乳化剂显然比阴离子乳化剂更适合丙烯酸树酯类纸张透明 剂的合成，0 - 2 5 的使用效果优于o p 一1 0 ，硬脂酸钠盐优于十二烷基硫酸钠 盐。所以，o 2 5 是合成丙烯酸树脂类纸张透明剂时的选择。 其次，选用四种常见过氧化物类引发剂，观察它们对单体转化率、透明 剂分子量、乳液粘度、透明剂折光率和纸张透明度产生的影响。从实验数据 来看，过硫酸铵的使用效果最佳，过氧化二苯甲酰次之，过硫酸钾和过硫酸 钠较差，因此，过硫酸铵是合成丙烯酸树脂类纸张透明剂时的选择。 然后，以丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主原料，0 - 2 5 为乳化剂，过硫酸 铵为引发剂，合成纸张透明剂，此为方案一。并用所得透明剂浸渍纸张。从 实验数据来看，在浸渍所使用的原纸和浸渍工艺相同时，随着合成工艺条件 的改变，透明剂折光率与纸页透明度变化趋势一致；可以得出一套较佳的丙 烯酸酯类纸张透明剂合成工艺( 丙烯酸酯单体总量为l o o g 时) ：丙烯酸甲酯 4 0 9 ，丙烯酸丁酯6 0 9 ，0 2 5 为5 9 ，过硫酸铵0 7 9 ，反应温度6 0 ，保温时 间5 h 。 由于第一种方案所得透明剂折光率与纤维素纤维折光率相差较大，且观 察到透明剂折光率越高，纸张透明度也越高，因此在合成时，引入另一种单 体：苯乙烯，此为方案二。从实验结果来看，苯乙烯的嵌入有效提高了纸张 透明剂的折光率，并且得出一套较佳的工艺条件参数( 丙烯酸酯单体总质量 为l o o g ) ：丙烯酸甲酯6 0 9 ，丙烯酸丁酯4 0 9 ，苯乙烯3 0 9 ，0 2 5 用量7 9 ， 过硫酸铵用量o 7 9 ，温度6 0 ，保温时间5 h 。 比较两种方案，观察苯乙烯的引入对合成的影响，结论表明它可以较大 幅度地提高透明剂的折光率，同时，单体转化率、透明剂分子量也都略有提 高，乳液粘度降低，透明剂浸渍纸张的效果更佳。但是，透明剂成膜硬度变 高，柔韧性降低，因此，合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的两种方案各有优缺 点，可以根据需要选择采用。 除此之外，研究了影响纸张透明度的几种因素，从实验数据来看，随着 浆料打浆度的升高，纸张透明度呈现先升高然后降低的趋势；随着纸张定量 的增加，纸张透明度呈现逐步降低的趋势；随着纸张紧度、透明剂折光率和 透明剂浸渍量的增加，纸张透明度变化趋势一致，均是逐渐升高。几种因素 中，透明剂的性质和浸渍量最具影响。 最后，讨论了丙烯酸树脂类纸张透明剂对除纸张透明度外的其他纸张性 质的影响，从实验数据可以看出，受透明剂影响最大的是纸张透气度，当透 明剂浸渍量超过3 0 9 m 2 后，纸张透气度几乎降为零；纸张白度是受透明剂 影响最小的性质，只有小幅的降低；而经过透明剂浸渍后，纸张的干强度都 有不同程度的降低，纸张强度是纤维之间大量氢键作用的宏观呈现，透明剂 浸渍到纸张中，破坏了部分氢键，所以造成纸张强度降低，纸张抗张指数和 耐破指数受影响较大，而耐折度因主要反映的是纸张折面的强度，所以受到 的影响相对较小。 关键词：透明纸、透明剂、透明度、丙烯酸树脂、苯乙烯 t h es t u d yo nt h es y n t 。h e s i s0 fa c r y l a t e t r a n s n 蝴n t 斟ga g e n tf o rp a p e rb y e m u l s i o np o l e r i z a t i o n a b s t r a c t a st h ea d v a n c e m e n to ft h et e c h n o l o g y , t h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i c c o n s t r u c t i o na n dt h eg r a d u a ls p r e a d i n go fe n v i r o n m e n t a l i s m , t h et r a n s p a r e n ta n d s e l l l i 仃a n s p a m l tp a p e rh a v eb e c o m em o r ea n dm o r ep o p u l a r b e c a u s eo fh a v i n g t h ec h a r a c t e ro f b e i n ge a s yt or e c y c l ea n d h a v i n gl o ww a s t e ，t h ep a p e ri ss a i dt h a t t h e r ei san i c ef u t u r e a tp r e s e n t , t h e r ea r em a n yk i n d so fr a n s p a r e n ta n d s e m i t r a n s p a r e n tp a p e rw h i c ha r ew i d e l yu s e d , e g c e l l o p h a n e ，t r a c i n gp a p e r , p a r c h m e n t , t r a n s p a r e n tc a r b o np a p e r , t r a n s p a r e n tc o p yp a p e ra n dt r a n s p a r e n t w r a p p i n gp a p e r ；b e c a u s et h et r a d i t i o n a lm e t h o do ft r a n s p a r e n ta n ds e m i t r a n s p a r e n tp a p e r s m a n u f a c t u r eh a sm a n yd i s a d v a n t a g e s ，s u c ha sh a v i n gaf e wk i n d so fp r a c t i c a b l e p u l p ，b e i n gh a r d t oa c h i e v eh i g hb e a t i n g d e g r e e ，n e e d i n g t h e p a r t i c u l a r e q u i p m e n ta n dh i g hp o w e re x p e n d i n g ，m a n yr e s e a r c h sh a v eb e e nd e v e l o p e db y s e v e r a lc o u n t r i e s u n t i lt h ea p p e a r a n c eo ft h et r a n s p a r e n ta g e n tf o rp a p e r , an e w m e t h o dw a s j u s te s t a b l i s h e df o rt h ep a p e r m a k i n g w i t ht h ea c r y l a t ea n ds t y r e n eb e i n gt h em a i nm a t e r i a l t h er e s e a r c ht r i e dt o f i n dan i c er o u t eo rat e c h n i c so fs y n t h e s i so ft h et r a n s p a r e n ta g e n t b e s i d e s ， s t u d y i n g t h ei n f l u e n c eo ft e c h n i c sa n dr o u t eo i lt h et h e c a p a b i l i t yo f t r a n s p a r e n t i n ga g e n ta n dp a p e r st r a n s p a r e n c e ，t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt w o d i f f e r e n tm e t h o d s ，t h ef a c t o r so fp a p e r st r a n s p a r e c ea n dt h ei n f l u e n c eo f t r a n s p a r e n ta g e n t o nt h eo t h e rc h a r e a t e r so f p a p e r , a r es t i l li m p o r t a n tf o r m s f i r s t l y , c h o o s em a n yd i f f e r e n tk i n d so fe m u l s i f i e r t os y n t h e s i z et h e t r a n s p a r e n t i n ga g e n ta n dr e s e a r c hi t si n f l u e n c eo nt h et r a n s f o r m i n gp r o b a b i l i t yo f m o n o m e r , t h em o l e c u l a rw e i g h to ft r a n s p a e r e n t i n ga g e n t , t h ev i s c o s i t yo f e m u l s i o n ，t h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t sr e f r a c t i v i t ya n dt h ep a p e r st r a n s p a r e n c e a c c o r d i n gt ot h ed a t a ，w h e nw eu s eas i n g l ee m u l s i f i e r , 0 - 2 5i sb e t t e rt h a n o p 一1 0 ，s t e a r i cn a t r i u mi sb e t t e rt h a ns o d i u ml a u r y ls u l f a t e s o 。o - 2 5i st h eb e s t m c h o i c e s e c o n d l y , c h o o s e f o u rk i n d so fp e r o x i d ei n i t i a t o rt o s y n t h e s i z et h e t r a n s p a r e n t i n ga g e n ta n d r e s e a r c hi t si n f l u e n c eo nt h et r a n s f o r m i n gp r o b a b i l i t yo f m o n o m e r , t h em o l e c u l a rw e i g h to ft r a n s p a e r e n t i n ga g e n t , t h ev i s c o s i t yo f e m u l s i o n ，t h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t sr e f r a c t i v i t ya n dt h ep a p e r st r a n s p a r e n c e a c c o r d i n g t ot h ed a t a , a m m o n i u mp e r s u l f a t ei sb e a e rt h a np o t a s s i u m s u p e r s u l p h a t ea n ds o d i u mp e r s u l p h a t e s o ，t h ea m m o n i u mp e r s u l f a t ci st h eb e s t c h o i c e t h e n , w i t ht h em e t h y la c r y l a t ea n db u t y la c r y l a t ea st h em a i nm a t e r i a l ，o - 2 5 a st h ee m u l s i f i e r , a m m o n i u mp e r s u l f a t ea st h ei n i t i a t o r ，t h es y n t h e s i si sc a r r i e d o n , w h i c hi st h ep l a n1 u s i n gt h et r a n s p a r e n ta g e n tt os t e e pt h el a wp a p e ri st h e n e x ts t e p a c c o r d i n gt ot h ed a t a , w h e nt h er a wp a p e ra n dt h ed i p p i n gp r o c e s sa r e t h e $ a l n e ，t h er e f r a c t i v i t yo ft r a n s p a e r e n t i n ga g e n ta n dt h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t f o rp a p e rh a v et h es a m ed i r e c t i o nw i mt h ec h a n g eo fs y n t h e t i c a lp r o c e s s b e s i d e s t h e r ei san i c ep r o c e s so fs y n t h e s i s ，w h i c hi st h a t4 0 9m e t h y la c r y l a t e ，6 0 9b u t y l a c r y l a t e ，5 9o 一2 5 ，0 7 9a m m o n i u mp e r s u l f a t e ，6 0 c a n d5 h b e c a u s eo ft h eb i gg a pb e t w e e nt h er e f r a c t i v i t yo fc e l l u l o s ea n do ft h e t r a n s p a r e n t i n ga g e n ta b o u tp l a nl ，an e wp l a ni sp u t u p b yt h ed a t ao f t h ep l a nl ， t h es t y r e n ei sc h o o s e d a c c o r d i n gt ot h ed a t a ，t h ej o i no ft h es t y r e n ei sq u i t e u s e f u lt oi m p r o v et h er e f r a c t i v i t yo ft h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t b e s i d e s ，t h e r ei s a l s oan i c ep r o c e s so fs y n t h e s i sa b o u tp l a n2 ，w h i c hi st h a t6 0 9m e t h y la c r y l a t e ， 4 0 9b u t y la c r y l a t e ，3 0 9s t y r e n e ，7 90 - 2 5 ，0 7 9a m m o n i u mp e r s u l f a t e ，6 0 c a n d 5 h c o m p a e r i n gt h et w op l a n s ，t h ej o i no f t h es t y r e n eh a ss o m ei n f l u e n c eo nt h e p r o c e s so fs y n t h e s i s a c c o r d i n gt ot h ed a t a , i ti s s ou s e f u lt oi m p r o v et h e r e f r a c t i v i t yo ft h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t t h em o n o m e r st r a n s f o r m i n gp r o b a b i h t y a n dt h em o l e c u l a rw e i g h to ft r a n s p a e r e n t i n ga g e n tb o t hh a v eal i a l ei n c r e a s ea n d t h ev i s c o s i t yo fl a t e xh a sal i a l ed e c l i n e u n d o u b t e d l y , t h et h ep a p e r s t r a n s p a r e n c e i s g r e a t l yh i g h e r t h a n b e f o r e h o w e v e r , t h ef i e x i l i t y o f t r a n s p a r e n t i n ga g e n ti sl o w e rt h a nb e f o r e s o ，t h et w op l a n sh a v et h e i ro w n a d v a n t a g ea n ds h o r t c o m i n ga n db o m o f t h e ma r eu s e f u l b e s i d e s ，t h ef a c t o r so ft h ei n f l u e n c eo nt h ep a p e r st r a n s p a r e n c ea r ec h e c k e d a c c o r d i n gt ot h ed a t a , t h ep a p e r st r a n s p a r e n c ei n c r e a s e s 谢t ht h ei n c r e a s eo ft h e w b e a l i n gd e g r e e ，w h o s e d i r e c t i o ni st h es a m e 嬲t h ep a p e r s d e n s i t y , t h e t r a n s p a r e n t i n ga g e n t sr e f r a c t i v i t ya n dd i p p i n gd o s a g eo ft r a n s p a r e n t i n ga g e n l h o w e v e r , t h ep a p e r st r a n s p a r e n c ed e c r e a s e sw i mt h ei n c r e a s eo ft h ep a p e r s b a s i cw e i g h t b e y o n dt h ef a c t o r s ，t h et r a n s p a r e n t i n ga g e n t sr e f r a c t i v i t ya n d d i p p i n gd o s a g eo f a a n s p a r e n t i n ga g e n t a r em o r ei m p o r t a n tt h a nt h eo t h e r f i n a l l y , t h ei n f l u e n c eo ft r a n s p a r e n t i n ga g e n to nt h ep a p e r sc a p a b i l i t y e x c e p tt h et r a n s p a r e n c ew a sd i s c u s s e d a c c o r d i n gt ot h ed a t a , t h ea i rp e r n l e a n c e i st h em o s tc h a n g e a b l eo n e ，w h i c he v e nb e c o m ez e r ow h e nt h ed o s a g eo ft h e t r a n s p a r e n t i n ga g e n ti sa b o v e3 0 9 m 2 1 1 1 eb r i g h t n e s s o fp a p e ri st h el e a s t c h a n g e a b l eo n e w h i c hj u s th a sal i t t l e 铆1 a 1 1k i n d so fp a p e r si n t e n s i t y d e c l i n e 埘t ht h ei n c r e a s eo ft h ed o s a g eo ft h et r a n s p a r e n t i n ga g e n tt h a tb e c a u s et h e n u m b e ro ft h eh y d r o g e n - b o n dd e c r e a s e 1 1 1 ct e n s i l ei n d e xa n db u r s ti n d e xa r e m o r ea f f e c t e dt h a n t h ef o l d i n ga b i l i t yo ft h ep a p e rb e c a u s et h ef o l d i n ga b i l i t y s h o w st h ei n t e n s i t yo f t h ef o l ds i d e k e y w o r d s ：t r a n s p a r e n tp a p e r , t r a n s p a r e n t i n ga g e n t , 仃a n s p a r e n c e ，a c r y l a t e ， s t y r e n e v 乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 原创性声咀及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 夸涨 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：监导师签名：雄日期：2 q q 生( 旦 乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 1 绪论 1 1 透明纸及半透明纸概论 1 1 1 透明纸及半透明纸市场需求状况 随着社会科技的进步和我国经济建设的发展，人们对纸品的要求越来越高，并且需 要越来越多的纸种以适应各种行业以及人们的生活需要【1 1 。透明纸和半透明纸正是应人 们不同的需要而产生的，早在二十世纪初，透明纸和半透明纸便已实现工业化生产，并 发展出许多品种。目前应用比较广的，包括玻璃纸、描图纸、仿羊皮纸、透明复写纸、 透明复印纸及透明包装纸等品种，随着新技术的应用，透明纸和半透明纸的种类也会越 来越多 2 1 。 从现今的趋势来看，随着人们环保意识的增强，透明纸和半透明纸的应用将越来越 广泛，“易回收，低污染”的特点使它的市场前景被一致看好哪。以玻璃纸为例，从1 9 0 8 年由瑞士化学家雅克布兰德伯格发明以后，便一直受到人们的欢迎，并被美国杜邦公司 推广到全世界，用途广泛i 1 。目前已被应用于套色印刷和层合制品，药品类的防粘包装， 食品的透明包装以及等多个领域中，几乎到了随处可见的地步。其它透明纸和半透明纸 的应用也相当广泛，如透明复写纸、透明复印纸、描图纸已经成为办公材料不可或缺的 一部分吼 我国目前的透明纸生产基本呈现供不应求的状况，国内生产透明纸和半透明纸的造 纸企业还处于相对落后的状态，从生产工艺的制定到造纸设备的配置，均无法与国际先 进水平相媲美懈。因此，无论是质量和产量，国内透明纸和半透明纸生产商都无法满足 人们的需要。以常见的红色半透明包装纸为例，它可作为焰火鞭炮的包装材料，全国年 需求量约为3 万吨，而目前全国的年产量不到1 万吨川。 1 1 2 影响纸张透明度的因素 纸张透明度是衡量透明纸和半透明纸品质最重要的指标，它是指单层试样反映被覆 盖物影像的显明程度，以表示网。透明度t 可按下式计算： 弘( r w - r o ) r w 式中： 足1 ，一单层试样背衬白色标准版的反射率 胄矿一单层试样背衬黑色标准版的反射率 当一束光照射纸页时候，一部分光线反射，一部分透射而另一部分被吸收。由这种 光所分解成的各项相对的数量以及由反射或透射所产生的散射的数量决定了纸张的光学 陕西科技大学硕士学位论文 性质嘲。如果光线透过纸而没有吸收和散射，则是理想的无色透光纸；当光线被全部吸 收时候，则是黑色的不透光纸；当光线被全部散射时候，则是白色的不透光纸嗍，透过 的光线越多，纸张透明度越高，因此，透过光线的多少决定着纸张透明度的大小。影响 成纸光学性质的主要因素包括：( 1 ) 浆料；( 2 ) 填料、造纸助剂以及其他少量成分；( 3 ) 浸渍物；( 4 ) 造纸工艺【l l ，。 1 1 2 1 浆料 植物细胞本身是无色透明的，但是因为含有木素，树脂和其他成分，而使植物纤维 变得不透明，并呈现出白色到深褐色的不同颜色嗍。 因原料化学成分和制浆方法的不同，各种浆料都有其特有的光学性质。与纤维素相 比木素的折光率较高，吸收光的能力也较强，所以本色浆抄成的纸比漂白浆抄成的纸透 明度要小得多嗍。 在各种不同的浆料中，几乎含有原木所有成分的磨木浆不仅含木素较多，而且纤维 短小，结合力差，成纸松厚、孔隙多，有利于光的吸收和散射，所以成纸透明度较低i l 哪。 表1 - 1 列出了几种常见纤维原料的光学特性。 表1 - 1 几种常用纤维原科的光学特性 t a b 1 一lt h eo p t i c sc h a r a c t e r so f m a n yc o m m o np u l p s 由表1 - 1 可知，磨木浆的比散射系数是硫酸盐浆和亚硫酸盐浆的2 至3 倍，说明了 磨木浆成纸的透明度会远低于其他浆种旧。因此，在抄纸时适当降低磨木浆的配比，有 助于提高纸张的透明度 i 0 3 。 用不同的浆料抄造成纸，透明度也会有区别，见表l - 2 。 表1 - 2 几种浆科成纸的透明度 t a b 1 - 2t h ew a n s p a r e n c eo f m a n yk i n & o f p u l p s 2 乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 阔叶木浆纤维较短，与针叶木浆相比，打浆较难细纤维化，成纸纤维结合差、紧度 小1 1 7 1 ，另外阔叶木浆的比散射系数要高于针叶木浆，透明度低。而棉浆打浆时难以吸水 润胀、细纤维化，从而成纸透明度较僻删。 另外，在生产高透明度纸种时，除细纤维化良好的长纤维之外，在浆料中还应该有 少量的细小纤维嗍。浆料有这样的多分散性组分时，才能制得结构最紧密的纸页，在这 样的纸页结构中，细小纤维很好地填充了长纤维间的间隙 2 0 l 。 1 1 2 2 填料、造纸助剂以及其他少量成分 纸张中常见组成物的折光率见表1 3 。 表1 - 3 纸中常见组成物的折光率 t a b 1 - 3t h e r e f r a c t i v i t yo f c o n u n o nf o r mi nt h ep a p e r 在使用不同填料时，填料的折光率与纤维素纤维的折光率越接近，所抄造的纸张透 明度就越高。因此，由表1 3 可以看出，当用量相同时，用滑石粉、碳酸钙作填料就要 比用钛石粉( - - 氧化钛) 作填料所抄造的纸的透明度要高【2 l j 。 ? 理论上，填料的加入对纸张透明度的提高是有利的，因为有利于形成均一的介质， 但其实不然，因为填料的加入较大地提高了纸张的孔隙率，再加上纸的紧度有限，所以 纸张内总存在一定量的空气，这些广泛分布在纸张中的气泡破坏了介质的光学均匀性， 因此当光线照射到纤维一空气界面时，就会发生较多的折射，反而降低7 纸的透明度 2 2 1 。 填料的形状和粒度会影响到它的散射系数的大小，从而影响到纸张透明度。因为填 料的比表面积与其形状和粒度有关，比表面积越大，散射能力也就越强，纸张透明度也 就越低潮。 由表l 3 可以看出，纤维、淀粉和石膏有同样的折光率，初看起来，石膏和淀粉与 纤维素似乎能形成光学均一介质，事实上并不完全是这样州。石膏与造纸用的其他矿物 填料一样，会较大地提高纸张孔隙率，同时也就提高了纸张中的空气含量，形成了光学 不均一介质，因此并不提高纸的透明度 2 s l 。但是，假如含有石膏的纸，用折光率接近于 纤维素的物料浸渍，则该物料在填充纸的孔隙的同时，把空气从纸中挤出，便形成透明 的光学均一介质，所得纸张通常拥有较高的透明度 2 6 1 。 3 陕西科技大学硕士学位论文 与石膏不同，在抄纸时，使用同纤维素纤维有相同折光率的淀粉，可以提高纸张透 明度。淀粉可以均匀地分布在纸料中，干燥时收缩增加，空气含量少，有助于抄造出结 构紧密、强度高透明度高的纸张嗍。正因如此，为了提高纸张的强度和表面强度，在某 些高透明度纸张的抄造过程中，淀粉的添加是必不可少的嗍。 除此之外，造纸过程中添加的助剂对纸张透明度也有一定的影响，比如造纸过程有 染料加入的时候，可以使光吸收增加，从而降低纸张透明度1 2 9 1 。 在造纸生产实践中，通常会在纸料中加入矿物填料，矿物填料和纤维素纤维的折光 系数差别越大。所抄出来的纸的不透明度就越高，也就是说，纸的透明度越低嗍 1 1 2 3 浸渍液 经过浸渍后，分布在纸张中的空气被浸渍物质挤出，形成浸渍物与纤维素纤维的复 合介质，研究理论认为，两者折光率越接近，纸张透明度就越高刚。 根据这个原理，形成了许多透明纸和半透明纸的抄造方法，浸渍法也是透明纸和半 透明纸的生产中最常用的方法。但是，经过浸渍之后，纤维间的结合力减弱，纸张强度 会有所降低 3 2 1 。 1 1 2 4 造纸工艺 包括浆料的制备、纸页的成形以及纸页表面状态的整饰处理。 透明纸和半透明纸的传统生产方法，是通过浆料高打浆度来实现提高纸张透明度目 的的嘲。随着打浆的进行，纤维吸水润胀并发生细纤维化，比表面积增加，成纸时纤维 结合更紧密，纤维问空隙减少，光线散射也减少，通过的光线增多，因此纸张透明度升 高0 4 1 。因此，在生产透明纸和半透明纸时通常采用粘状打浆。表1 - 4 列出了定量为6 0 9 m 2 ， 未经加填的纸张，其透明度与纸浆打浆度的关系。 表1 4 纸浆打浆度与成纸透明度的关系 t a b 1 - 4 t h er e f l e c t i o n b e t w e e n p u l p s b e a t i n g d e g r e ea n d p a p e r s 位n ；p a 但在生产高透明度纸的时候，打浆度不宜太高，因为当打浆到一定程度后，纤维长 度会开始较快地降低。尽管这样可以提高纸页的紧密性，但是，纤维太短仍然是不希望 的，因为容易生成纤维团，从而造成纸的光学不均匀性，并在纸中产生局部应力，干燥 4 乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 时则出现翘曲i 叫。 施于纸上的涂层成分和涂布方法也很重要，一般涂料层每1 0 0 份重量的颜料含有 1 2 1 5 份胶粘剂，涂料的固含量有时候超过6 5 。但是，根本不含颜料，或者只含少量 颜料的分散液日益获得广泛的采用。有专家指出，上述的分散液涂在纸上干燥后，在纸 面上形成了一层很薄的覆盖层，由亚显微微粒所组成的这层覆盖层，强烈的反射投射的 光线，从而提高了纸的不透明度和白度。这种覆盖作用的效果，是由于光散射随涂料粒 子粒度减小而增加，当粒子大小约为光波波长的一半时候，光散射达到最大值嗍已知 还有另外的含有少量颜料、或者没有颜料的涂料，即所谓泡沫涂料，这种涂料的特点是 在纸面上生成一层有0 5 l p m 大小的气泡。这种涂料具有很高的光散射率，这是由于 在涂层中有无数“空气物料”界面反射光线 r q 。 随着纸页表面粗糙度的提高，光散射增加，纸面越粗糙，纸张越不透明。纸面的网 纹和毯纹增加了纸张的粗糙度，因此，也就降低了纸张透明度。所以，当抄造高透明度 纸张时，通常使用在纸面上不至于引起明显网纹和毯纹的毛毯和铜网嗍。在纸面上涂漆 虽然也能急剧的提高纸的平滑度，但是，并不总是有助于提高透明度。假如清漆的折射 率与纤维素纤维的折射率相近，在这种情况下，涂了漆的纸将会是透明的。同时清漆应 该有适宜的黏度，以便能浸入纸的孔隙中将空气挤出。为了提高纸的透明度，也可以利 用诸如硝化纤维素清漆，以及聚乙烯醇缩丁醛清漆等【聊。 纸张紧度对纸张透明度也有影响，纸的紧度大小相对地说明纸张中实体部分与孔隙 ( 空气) 部分比率的大小，紧度越高，从纸内挤出的空气越多，纸张就越显得透明嗍， 正是在此基础上制定了用超级压光机压光羊皮纸，制取透明描图纸的工艺 4 1 1 。表t 1 5 列 出了某种印刷纸的紧度与透明度的关系。 表l - 5 纸张紧度与透明度的关系 t a b 1 5t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ep a p e r sd e n s i t ya n d 廿a n s p a r e n c e 纸张定量或厚度也会影响纸张透明度，原料配比相同的纸张，随着纸张定量的增加， 纸张厚度也随之增加，即加大了纸张中光学非结合面积，增大了光的散射区域，同时， 光吸收的量也增加了，因而纸张透明度会降低【q 。 5 陕西科技大学硕士学位论文 i 2 纸张透明剂概论 1 2 1 纸张透明剂应用前景 由于透明或半透明纸的光学特殊性，在传统生产中，主要是靠选择合适的纤维原料， 采用细纤维化粘状打浆、超级压光等机械手段来获得，这就导致了浆料种类的使用面窄， 高打浆度的难以达到，需用专用设备以及耗电量大等弊端，严重限制了透明或半透明纸 的产量和品种发展呻j 。 为了解决这一问题，许多发达国家进行了大量的研究，纸张透明剂的出现，使这一 境况得到了根本的改善。应用纸张透明剂后，所生产的透明纸和半透明纸在纸张透明度 和强度等方面均达到或超过了过去的指标，并且增加了许多新的品种。目前，纸张透明 剂作为一种新型造纸功能性化学助剂，正逐步进入造纸工业 4 4 1 。 相对于世界发达国家关于纸张透明剂的较早较多的研究和应用，我国纸张透明剂的 合成和应用还刚刚起步，所生产的透明纸和半透明纸品种较少，质量也不高，生产速率 较慢，与国外的同类产品相比差距甚大嗍。环顾国内，目前所使用的纸张透明剂绝大部 分是向欧美和其他一些发达国家进口而来，自主研发成果鲜见，而实现大规模生产是国 内工厂未来的发展方向。 因此，要改变我国透明纸或半透明纸生产的落后状况，就必须加强对纸用透明剂的 研究开发，以期有朝一日能赶上世界先进水平。同时，纸张透明剂的研究，为我们进行 新的纸种开发，改良现行工艺开辟了一条新的途径。 1 2 2 纸张透明剂作用机理 要研究纸张透明剂，就应该先知道纸张透明的原因和透明剂作用机理，对于这两点， 现有研究成果已经建立了比较完善的理论体系。 首先，纸张的透明是如何产生的，经典理论认为：当光线照射纸页时，只有一部分 直接从纸页上反射回来，其余的光线进入纸页内部，一部分被吸收，一部分又从四面八 方反射回照射面，还有一部分几经折射、反射、吸收后照射到纸页背面或垫层上的印刷 符号或图像上，它们所产生的反射光线又经折射、反射和吸收反向透射过纸页进入我们 的眼帘。对于普通纸张而言，这部分光线的能量微乎其微，因此呈现在我们眼前的是不 透明状态，但如果这部分反向透射光线的能量足够大，我们就能看到纸页背面或垫层上 的符号和图像了，这便是我们所称的透明现象1 4 e l 。 在造纸工业中，纸张的透明程度是用透明度来衡量的，它是指在反射光线中，单层 纸样反映被覆盖物影像的显明程度，用t 表示，单位是1 0 0 ，纸张透明度的计算公式 6 乳液聚合法合成丙烯酸树脂类纸张透明剂的研究 见1 1 2 。 纸张透明度与不透明度之间是有联系的，其区别是透明度决定于透过而没有被分散 的光线1 4 7 。普通纸张的透明度一般都很低，目前的研究认为：普通纸张主要是由纤维、 填料和间隙间的空气组成，它们对光线的反射、折射、散射和吸收的性能不一，形成纸 张的“非均一性”结构。在这种结构里存在着很多界面：纤维和空气，空气和填料，填 料和纤维，这些界面遍布于纸页中。因此可以理解，这样的结构大大增加了折射的几率， 也就增加了光线被反射回照射面的机会，以致透过纸页的光线微乎其微，从而造成纸页 透明度不高【鹌】。 知道了纸张产生透明的原因，纸张透明剂的作用机理也就容易理解了。在透明纸和 半透明纸的生产中，利用透明剂渗透到纸张内部，赶走纸张中的空气。由于透明剂的折 光率接近于纤维素纤维的折光率，所以就会形成相对比较均一的光学介质，于是减少了 发生折射和散射的机会，也就有利于光线的透过，从而提高了纸张的透明度。 从纸张透明剂的作用机理可以看出，理想的纸张透明剂需要具备以下几个特点： 乱折射率与纤维素纤维相同或相近； b 无毒、无异味、着火点高； c 容易进行浸渍、涂布等操作； d 易定着在纸张表面和内部，不易挥发，加工性能好，处理后容易被干燥等 4 e l 。 1 2 3 常见纸张透明剂的种类 目前所使用的纸张透明剂可以分为四大类：树脂类、油类、清漆类和石腊类嗍而 透明剂则是由三部分组成：主剂、固着剂和渗诱剂等其它辅助剂，主剂是透明剂中最重 要的组成部分，也是决定透明剂品质的根本因素，我们通常所称的“透明剂”其实很多 时候就是指主剂m 】，本论文所要合成的产品也就是透明剂主剂 环顾当今纸张透明剂市场，最常用的主剂有六种： 醋酸一异丁酸蔗糖酯：具有代表性的是美国伊斯曼化学制品有限公司生产的 “s a i b ”，成份是醋酸一异丁酸蔗糖醋。其折射率为1 4 5 4 0 ，具有蒸发速率慢、稳定性好， 无特殊气味等优点，可作为食品包装纸、药物包装纸的透明剂。 石蜡系聚合物乳胶：如日本中京油脂株式会社生产的 p a r a f f mp o l y m e8 0 7 c ”，成份 为5 0 石蜡乳液。使用时，用水稀释浸渍纸张，这类化合物加工后的纸张通常呈半透明 状。 聚醚类树脂：如日本l i o n 株式会社生产的“l e o n c o n 2 0 7r ，成份为丙三醇环氧乙烷 加成物，为透明状液体，粘度为2 2 4 c p ( 2 5o c ) ，折射率为1 4 6 0 ，使用时溶解于水中， 再对纸浸渍，干燥后可得透明纸。 7 陕西科技大学硕士学位论文 聚酯树脂：如日本住友化学株式会社生产的“s u m i r e zr e s i n1 0 9 ，1 0 9 w 和日本油墨化 学工业株式会社生产的 b a d i c o o lo d - q - 1 2 0 ，成份为5 0 聚酯树脂，使用时用苯类，酮 类等溶剂稀释，纸浸渍后干燥即可。 饱和脂肪烃类树脂：如日本荒川化学工业株式会社生产的 a l c o n1 0 0 ，成份为脂肪 族饱和碳氢化合物树脂，为透明状液体，溶解于甲苯后浸渍纸张，然后干燥。 清漆类：清漆类透明剂品种较多，只要其折射率与纤维素纤维的折射率相近，且有 适宜的粘度即可作为透明剂使用，如硝化纤维素清漆和聚乙烯醇缩丁醛清漆等l s 2 l 。 1 2 4 纸张透明剂的使用方法及实例 1 2 4 1 使用方法 纸张透明剂的加入方法主要有三种： a 涂布法一将粘度较大或需熔融添加的透明剂采用辊涂的方法涂覆在纸上，干燥后 即为透明纸。 b 浸渍法将纸浸渍到由纸张透明剂组成的液体中，然后干燥。 c 内添法将透明剂及辅助剂直接加到纸浆中，然后抄造成纸嗍。 目前普遍使用的是浸渍