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水性环保型湿强树脂的合成及其在造纸工业中的应用

作　者: 李锦
导　师: 谢益民
学　校: 山东轻工业学院
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 水性聚氨酯水性光敏树脂纸张涂布湿部添加湿强度
分类号: TS727
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文研究了两种用于纸张增强的水性环保型树脂的合成及其在制浆造纸中的应用。论文首先讨论了以淀粉为软段的淀粉-TDI共聚乳液的合成。讨论了在聚氨酯预聚体的合成过程中,合成终点的选择对合成产物的影响,封闭过程中预聚体的NCO基团随时间的变化以及封闭后聚氨酯乳液的封闭率。研究发现,合成聚氨酯预聚体过程中,温度应控制在60～70℃,反应时间为2小时;封闭过程中,温度要控制在5℃以下,封闭时间为25分钟。通过红外光谱证实淀粉上的-OH与甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)的-NCO基团发生反应,合成了淀粉-TDI共聚乳液。将淀粉-TDI聚合乳液用于纸张涂布,纸张的抗张强度、湿强度、撕裂度和耐破度均有明显的提高,尤其是湿强度,提高到了5.19倍,湿/干强度比达到了18.0%。用于湿部添加时,其效果受pH值,乳液添加量及硫酸铝添加顺序等因素的影响。当pH值为5~6,乳液添加量为0.3%~0.4%,先加入乳液后加硫酸铝时,所得纸张物理强度最好,湿/干强度比可达到17.2%。本文讨论了水性环氧丙烯酸光敏树脂的合成及其在制浆造纸中的应用。通过实验得出合成造纸用水性环氧光敏树脂的最佳工艺:环氧丙烯酸光敏树脂(EA树脂)的合成温度为95℃,反应时间约4小时,阻聚剂为对羟基苯甲醚,用量为0.25%,催化剂为N,N-二甲基苯胺,用量为1.0%,丙烯酸酸当量/环氧当量=1.00∶1.00;马来酸酐改性EA树脂的反应温度为80℃,反应时间为1h,催化剂为四甲基溴化铵,用量为1.0%,马来酸酐酸酐当量/羟基当量=1.00∶1.00,中和剂为三乙醇胺,中和pH值为6~7。经水性环氧光敏树脂涂布的纸张物理强度显著提高,当固含量为40%,涂布量控制在15g/m2左右时,纸张的物理强度最好,湿/干强度比达到最大值19.6%,达到了作为纸张湿强剂的要求。水性环氧丙烯酸光敏树脂在纸张湿部中的应用的影响因素较多:包括水性环氧丙烯酸光敏树脂的用量,浆水体系的pH值,硫酸铝的用量等。根据扫描电镜和纤维酶酶解所得红外光谱分析的结果证实水性光敏树脂经光固化作用与纤维素大分子形成了互穿结构,并影响了纤维素的润胀和水解,从而增加了纸的强度,尤其是湿强度。用聚乙二醇-400对水性环氧丙烯酸树脂进行了改性,降低树脂的粘度,优化树脂的性能。将改性后的树脂应用于纸张的涂布及湿部添加中发现,其效果均稍优于改性以前。以涂布为例,当固含量为40%,涂布量为15g/m2时,湿/干强比达到19.8%。这是由于PEG-400柔性链的引入,使得树脂的粘度下降,树脂的渗透性得到改善,同时由于增加了树脂的链长,可以使较远距离的纤维经树脂的的交联作用连在一起,从而使得纸张的物理强度有更大幅度的提高。但是改性后所需的固化时间较长,这是因为在相同量的涂布液中,改性的水性环氧丙烯酸光敏树脂双键含量较改性前的光敏树脂低,所以固化速度较慢。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-13
第1章绪论  13-25
  1.1 纸张湿强剂简介  13-14
    1.1.1 湿强剂的作用机理  13-14
    1.1.2 新型环保湿强剂  14
  1.2 水性聚氨酯简介  14-19
    1.2.1 水性聚氨酯的研究现状  16
    1.2.2 聚氨酯在制浆造纸中的应用现状及发展  16-19
  1.3 简介水性紫外光(UV)固化技术  19-23
    1.3.1 水性紫外光(UV)固化体系的组成  20-23
  1.4 论文的研究目的、意义及内容  23-25
第2章水性淀粉-TDI 共聚物乳液的合成及其应用  25-35
  2.1 原料分析  25-27
    2.1.1 淀粉的选择与分析  25
    2.1.2 甲苯-2，4-二异氰酸酯纯度的测定  25-27
  2.2 实验原理  27-28
    2.2.1 聚氨酯乳液的封闭-解封反应机理  27-28
    2.2.2 异氰酸酯基含量分析  28
    2.2.3 封闭率的测定  28
  2.3 实验部分  28-30
    2.3.1 实验药品  28-29
    2.3.2 实验步骤  29
    2.3.3 实验结果与讨论  29-30
  2.4 水性淀粉-TDI 聚合乳液在纸张涂布中的应用  30-32
    2.4.1 实验  30-31
    2.4.2 性能检测  31
    2.4.3 结果与讨论  31-32
  2.5 淀粉-TDI 聚合乳液在造纸湿部添加中的应用  32-34
    2.5.1 实验  32
    2.5.2 性能检测  32
    2.5.3 结果与讨论  32-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章水性环氧丙烯酸光敏树脂的合成  35-52
  3.1 实验  35-39
    3.1.1 实验药品  35
    3.1.2 主要仪器及设备  35
    3.1.3 实验装置  35-36
    3.1.4 合成原理及其试验操作  36-37
    3.1.5 分析测试方法  37-39
    3.1.6 水性树脂的性能测试方法  39
  3.2 水性环氧丙烯酸酸树脂的合成方法的讨论  39-51
    3.2.1 环氧丙烯酸酯(EA)的合成方法的讨论  39-43
    3.2.2 水性环氧丙烯酸酯树脂(EB)的合成的讨论  43-47
    3.2.3 EA 和EB 的红外光谱分析  47-49
    3.2.3 水性环氧丙烯酸树脂(EB)的性能研究  49-51
  3.3 本章小结  51-52
第4章水性环氧丙烯酸光敏树脂在制浆造纸上的应用  52-60
  4.1 水性环氧丙烯酸光敏树脂在纸张涂布上的应用  52-55
    4.1.1 实验部分  52
    4.1.2 水性光敏涂料在纸张涂布中应用的讨论  52-55
  4.2 水性环氧丙烯酸光敏树脂在纸张湿部的应用  55-57
    4.2.1 实验  55
    4.2.2 湿部添加的实验结果与讨论  55-57
  4.3 水性环氧丙烯酸光敏树脂做纸张增强剂的机理研究  57-59
    4.3.1 空白纸样和涂布试样的扫描电镜结果比较如下  57
    4.3.2 涂布纸样经纤维素酶酶解后的红外光谱分析  57-59
  4.4 本章小结  59-60
第5章水性环氧丙烯酸光敏树脂的改性及其应用  60-70
  5.1 聚乙二醇改性水性环氧丙烯酸光敏树脂的合成  60-65
    5.1.1 实验部分  60-61
    5.1.2 测试方法  61
    5.1.3 结果与讨论  61-65
  5.2 聚乙二醇改性水性环氧丙烯酸光敏树脂的应用  65-69
    5.2.1 实验部分  65-66
    5.2.2 实验结果与讨论  66-69
  5.3 本章小结  69-70
第6章结论  70-72
  6.1 主要研究结论  70-71
  6.2 本文创新之处  71
  6.3 下一步研究内容  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77

水性环保型湿强树脂的合成及其在造纸工业中的应用

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