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纸和纸板环压强度增强剂是一种专门用于瓦楞原纸、纸板及一次成型纸制品等,提高环压强度指标的增强剂,广泛使用于瓦楞原纸和纸板的生产中。环压强度增强剂是利用刚性分子中官能基团,与纤维的羟基形成氢键结合,形成互穿网络,当受到拉力时,纤维可通过的氢键作用,将力转移到网络结构上;当受到压力时,通过氢键,使得力量转移到位于纤维网络中的刚性分子上,不至于压溃。因此环压强度增强剂是丰富的“鞭毛”包裹在刚性内核外的一种柔韧兼具的大分子。这样能提高纤维的结合强度,从而可以显著的改善挺度和环压强度。目前经常使用的有淀粉类,聚丙烯酰胺类和其它聚合树脂类,都由于各方面的原因,不能彻底解决环压强度增强的需求。
本实验旨在研究开发一种环境友好的高分子环压强度增强剂,能显著提高纸张的环压强度。这种高分子环压强度增强剂不含有机溶剂和小分子乳化剂,同时具有刚性核和丰富官能基团,再复配以环氧小分子,结成弱的空间网状结构。官能基可以吸附纸张纤维,刚性核可以增强结合的抗压力,网络结构使得分子间更加稳定。这种分子设计的环压强度增强剂,为解决纸张环压强度提供了技术保障。
实验以过硫酸钾和亚硫酸氢钠为引发剂,聚乙烯醇为保护胶体,采用种子无皂乳液聚合方法制备了丙烯酸丁酯、苯乙烯、α-甲基丙烯酸和丙烯酸-2-羟乙酯共聚的丙烯酸树脂乳液,调节pH值,使乳液呈阴离子状态;添加微量钾离子、钙离子等金属阳离子促进阴离子丙烯酸树脂乳液和水性环氧树脂的交联,形成了空间网状结构,最终合成了环压强度增强剂。研究了环压强度增强剂乳液的最佳合成条件,分析了粒径,稳定性,成膜性能等物化指标。用激光纳米粒度及电位仪、流变仪、原子力显微镜分别表征了粒径、Zeta电位、流变性能和膜的形貌。分析了金属阳离子对丙烯酸树脂乳液交联的影响,发现阳粒子的加入催化共价交联的进行,使得粒径、Zeta电位减小,流变性能优化。
环压强度增强剂在纸张上应用表明,以质量分数为1%的交联乳液浆内添加,环压指数增强后的纸和纸板可以达到10Nm/g,超过目前用于出口包装纸箱的高强度瓦楞原纸的要求,具有十分优异的应用前景。