紙用硅丙乳液中硅氧烷配方對(duì)紙張耐破度影響的研究

吳盛恩，劉萃瑩

（國家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

紙用硅丙乳液中硅氧烷配方對(duì)紙張耐破度影響的研究

吳盛恩，劉萃瑩

（國家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

以不飽和硅氧烷和丙烯酸酯為主要原料，通過乳液聚合的方法，制備紙用硅丙乳液，研究硅氧烷配方對(duì)紙張耐破度的影響。

硅丙乳液；硅氧烷；紙張；耐破度

丙烯酸酯聚合物原料來源十分豐富，生產(chǎn)簡便，其乳液廣泛地應(yīng)用于涂料、膠粘劑、橡膠和樹脂抗沖擊改性劑等［1］，但它也存在容易失光、低溫韌性較差和透水性較高等缺點(diǎn)［2］；而硅氧烷分子主鏈Si—O鍵鍵能高，分子體積大，內(nèi)聚能密度低，因此具有良好的耐高溫性能、疏水性、透氣性和耐候性，但是其乳液一般需要高溫固化，且固化時(shí)間長、附著力差［3］。硅丙乳液正是有效地結(jié)合了丙烯酸酯和硅氧烷二者的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成功地應(yīng)用于涂料、膠粘劑和皮革涂飾劑等領(lǐng)域。

我們目前正在研究硅丙乳液在造紙方面的一些應(yīng)用，意在有效結(jié)合丙烯酸酯和硅氧烷各自的優(yōu)點(diǎn)，借鑒硅丙乳液在涂料、膠粘劑和皮革等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)出一種能有效改善紙張性能的化學(xué)品。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

苯乙烯（簡稱ST）；甲基丙烯酸甲酯（簡稱MMA）；丙烯酸丁酯（簡稱BA）；乙烯基硅氧烷；十二烷基苯磺酸鈉（簡稱SDBS）；辛基酚聚氧乙烯醚（簡稱OP-10）；過硫酸銨（簡稱APS）；氫氧化鈉；碳酸氫鈉。以上實(shí)驗(yàn)原料，除氫氧化鈉、碳酸氫鈉和過硫酸銨為分析純外，其余均為化學(xué)純。

1.2實(shí)驗(yàn)工藝

在燒瓶中加入去離子水、SDBS和OP-10，在60℃條件下充分?jǐn)嚢琛⑷芙?，緩慢加入預(yù)先設(shè)定量的單體，并逐步升溫至75℃，加入余下的單體和引發(fā)劑，反應(yīng)2h左右，冷卻，過濾，得到本研究用的硅丙乳液。

利用3種硅氧烷合成得到的硅丙乳液產(chǎn)品在紙張表面涂布，經(jīng)恒溫鼓風(fēng)階梯升溫至200℃，保持2h后取出，48h后測試紙張耐破度。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器及測試標(biāo)準(zhǔn)

紙張涂布利用英國RK公司K303型實(shí)驗(yàn)室用涂布機(jī)進(jìn)行。

紙張耐破度依照ISO2758《紙—耐破度的測定》和GB/T454《紙耐破度的測定法》，利用四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司的DCP-NPY1200型紙張耐破度儀測得。

2　結(jié)果與分析

對(duì)硅氧烷產(chǎn)品而言，同一種硅氧烷同一個(gè)硅氧烷添加質(zhì)量的各配方（A配方、B配方和C配方）之間的區(qū)別，主要在于除硅氧烷添加量外的其他單體添加質(zhì)量的差異。在前期的探索實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)硅氧烷的添加量對(duì)紙張耐破度的影響最大，特在此做深入的研究及數(shù)據(jù)對(duì)比分析。

2.1硅氧烷a各配方對(duì)紙張耐破度的影響

硅氧烷a各配方對(duì)紙張耐破度的影響數(shù)據(jù)見表1。

表1　硅氧烷a各配方對(duì)紙張耐破度的影響

根據(jù)表1內(nèi)的數(shù)據(jù)，作成圖1。

圖1　硅氧烷a各配方對(duì)紙張耐破度的影響

通過圖1，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)，在該體系中，隨著硅氧烷a添加量的增加，紙張耐破度總體上呈現(xiàn)了升高的趨勢，A配方、B配方和C配方呈現(xiàn)了相似的趨勢，C配方的最佳點(diǎn)較A配方和B配方前移。以上現(xiàn)象表明，硅氧烷a的加入，對(duì)紙張耐破度的提高起到了非常積極的作用。

2.2硅氧烷b各配方對(duì)紙張耐破度的影響

硅氧烷b各配方對(duì)紙張耐破度的影響數(shù)據(jù)見表2。

表2　硅氧烷b各配方對(duì)紙張耐破度的影響

根據(jù)表2內(nèi)的數(shù)據(jù)，作成圖2。

圖2　硅氧烷b各配方對(duì)紙張耐破度的影響

通過圖2，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)，隨著硅氧烷b添加量的增加，紙張的耐破度數(shù)值經(jīng)歷了一個(gè)高點(diǎn)后，開始逐漸下降，這說明在該體系中，硅氧烷b的加入會(huì)促進(jìn)紙張耐破度的提高，但并不是越多越好，這是因?yàn)檫^多的硅氧烷的加入使得樣品在紙張表面成膜的脆性逐漸升高，導(dǎo)致紙張耐破度下降。

2.3硅氧烷c各配方對(duì)紙張耐破度的影響

硅氧烷c各配方對(duì)紙張耐破度的影響數(shù)據(jù)見表3。

表3　硅氧烷c各配方對(duì)紙張耐破度的影響

根據(jù)表3內(nèi)的數(shù)據(jù)，作成圖3。

通過圖3，我們可以清晰地發(fā)現(xiàn)，在該體系中，隨著硅氧烷c添加量的增加，紙張的耐破度還是呈現(xiàn)了升高的趨勢，并且3個(gè)配方呈現(xiàn)的規(guī)律基本相近，但是較前面硅氧烷a和硅氧烷b的各配方數(shù)據(jù)不同的是，硅氧烷c的A、B和C的配方在達(dá)到最佳點(diǎn)后，下降的趨勢十分明顯。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了，過多的硅氧烷的加入會(huì)使紙張表面成膜脆性變大，導(dǎo)致紙張耐破度急劇下降。

圖3　硅氧烷c各配方對(duì)紙張耐破度的影響

3　結(jié)論

（1）在硅丙乳液的制備中，凝膠是常常會(huì)發(fā)現(xiàn)的問題，本研究中也遇到了同樣的難題，這是由于多數(shù)乙烯基硅氧烷，分子極性都較大，加上分子結(jié)構(gòu)空間位阻又小，導(dǎo)致水解速率較快，合成中凝膠幾率較大。為減少合成過程中自聚問題的干擾，盡可能降低凝膠幾率，應(yīng)選擇合適的乙烯基硅氧烷，并對(duì)工藝條件做出微調(diào)。

（2）硅氧烷的加入，會(huì)對(duì)紙張耐破度帶來積極的影響效果，研究中C配方整體的紙張耐破度數(shù)據(jù)要好于A配方和B配方，但是在對(duì)應(yīng)的每個(gè)配方中，硅氧烷的添加量并不是越多越好。

（3）硅氧烷會(huì)影響紙張耐破度，影響情況會(huì)因硅氧烷種類不同而產(chǎn)生差異，但硅氧烷并不是唯一的影響因素。

（4）不同硅氧烷，不同配方之間，給相同紙張所帶來的耐破度的提升效果是不一樣的，應(yīng)該綜合考慮合成的成本和難易程度等因素后，調(diào)配出一個(gè)最適合自身需求的配方。

［1］GloaguenJ.M,HeimP,GaillardP,etal.Plasticityof rubber-toughenedpoly（methylmethacrylate）：effectof rubberparticlesize［J］.Polymer,1992,33（22）：4741-4746.

［2］LiH，ZhangZB，HuCP，etal.Surfacecompositionand propertyoffilmpreparedwithaqueousdispersionof polyurethaneurea-acrylateincludingfluorinatedblock copolymer［J］.EurPolymJ,2004,40（9）：2195-2201.

［3］王智英，胡瑛，鄧銳，等.硅丙乳液制備方法及穩(wěn)定性研究進(jìn)展［J］.有機(jī)硅材料,2011,25（1）：44-49.

10.13752/j.issn.1007-2217.2016.01.005

2015-12-02