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氰乙基淀粉接枝共聚物的制备及应用

作　者: 王西锋
导　师: 张光华
学　校: 陕西科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 氰乙基淀粉接枝共聚阳离子表面施胶剂
分类号: TS727.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着印刷技术和相关用纸行业的不断发展，传统的浆内施胶不仅耗胶量大，而且影响纸张物理性能，因此人们对纸张的表面施胶工艺提出了更高的要求。目前国内使用的聚合物表面施胶剂在某些特殊领域达不到兼顾纸张表面强度、耐折性和耐溶剂性能的要求，开发高性能的表面施胶剂已成为造纸行业的热点研究。本文先用丙烯腈（AN）对木薯淀粉进行改性，增加木薯淀粉的成膜性，再与N-羟甲基丙烯酰胺（NHAM）进行交联，增加木薯淀粉的水溶性和支链的自由基接枝点，然后以改性的木薯淀粉为分散剂，甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DM）为阳离子单体，苯乙烯（St）为硬单体，丙烯酸丁酯（BA）为软单体，采用直接滴加的方式制得了氰乙基（腈基）淀粉接枝共聚物乳液，同时采用传统方法制得木薯原淀粉聚合乳液作为对照，在制备腈基淀粉聚合乳液表面施胶剂时，本文将氧氯化锆（ZrOCl2）引入聚合乳液中提高施胶剂的应用效果。讨论了反应条件的变化对乳液稳定性及施胶应用效果的影响，确定了较佳的合成条件：对氰乙基淀粉接枝共聚物乳液总体系而言，当m（腈基淀粉）=10%，m（腈基淀粉）：m（St+BA）=1:2，m（St）：m（BA）=3:1，m（DM）=2%，m（NHAM）=0.3%，n（FeSO₄）：n（H₂O₂）=0.03，m（H₂O₂）=2%，反应温度为80℃，滴加时间约2h，保温反应4h，pH=5～6时，可制得稳定的聚合物乳液。复配淀粉施胶后，瓦楞纸的的环压指数可达到12.67N·m/g，挺度达到41g·cm，分别提高92.39%、51.85%，施胶度提高至136s，在此基础上添加0.4%的ZrOCl₂还能使纸张的施胶度提高至147S。分别测试两种乳液的应用性能，对比试验证明腈基淀粉接枝共聚物乳液施胶性能优于木薯原淀粉聚合物乳液。在原料相同的情况下，用直接滴加方式制得的腈基淀粉接枝共聚物乳液和木薯原淀粉聚合物乳液进行了理化性能和施胶性能的对比，结果发现腈基淀粉接枝共聚物乳液的乳胶平均粒径小于木薯原淀粉聚合物乳液，而且施胶效果明显优于木薯原淀粉聚合物乳液。应用性能测试证明带正电荷的Zr⁴⁺能迅速和纸张纤维结合，使接枝共聚物在纤维上的留着率增加，腈基淀粉接枝共聚物与硫酸铝复配后，类似铝锆偶联，Al³⁺的加入促使Zr⁴⁺对纸张的吸附能力增加，从而提高了纸张的表面性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-27
  1.1 表面施胶  13-19
    1.1.1 表面施胶发展历程  13
    1.1.2 表面施胶功效及解决问题  13-14
    1.1.3 施胶作用机理  14
    1.1.4 国内外表面施胶剂的种类及特点  14-18
    1.1.5 影响表面施胶效果的因素  18-19
    1.1.6 表面施胶存在的问题  19
  1.2 淀粉接枝聚合技术  19-21
    1.2.1 淀粉的分子结构及性质  19-20
    1.2.2 淀粉乳液聚合原理及影响因素  20-21
  1.3 淀粉及聚合单体的应用  21-25
    1.3.1 淀粉应用于造纸领域  21-22
    1.3.2 接枝单体在造纸工业上的应用  22-25
  1.4 本课题研究的意义  25
  1.5 本课题的研究内容  25
  1.6 论文的主要创新点  25-27
2 实验部分  27-35
  2.1 实验原理  27-29
    2.1.1 腈基淀粉接枝共聚机理  27-29
    2.1.2 表面施胶的基本原理  29
  2.2 实验原料及仪器  29-30
    2.2.1 实验原料及主要试剂  29-30
    2.2.2 实验主要仪器  30
  2.3 乳液的制备  30-31
    2.3.1 丙烯腈改性淀粉的制备  30
    2.3.2 腈基淀粉接枝共聚物乳液的制备  30
    2.3.3 原淀粉聚合物乳液的制备  30-31
  2.4 聚合物固含量及体系稳定性测定  31
    2.4.1 聚合物固含量测定  31
    2.4.2 聚合物乳液体系稳定性测定  31
    2.4.3 聚合反应凝聚率的测定  31
  2.5 乳液理化性能及聚合物表征分析  31-32
    2.5.1 乳液物理和化学性能测定  31
    2.5.2 腈基淀粉接枝聚合物的红外波谱分析  31
    2.5.3 腈基淀粉接枝聚合物的粒度分布  31
    2.5.4 腈基淀粉接枝聚合物差示扫描热分析  31
    2.5.5 腈基淀粉接枝聚合物的 Zeta 电位  31-32
    2.5.6 腈基淀粉接枝聚合物的侧链分析  32
  2.6 表面施胶操作工艺及定量标准  32
    2.6.1 纸张表面施胶的方法  32
    2.6.2 表面施胶原纸的定量标准  32
  2.7 纸张施胶应用测试  32-35
    2.7.1 纸张施胶表面性能测试  32-34
    2.7.2 纸张微观结构观察  34-35
3 结果与讨论  35-56
  3.1 乳液理化性能  35-36
  3.2 腈基淀粉接枝聚合物结构表征及分析  36-45
    3.2.1 腈基淀粉用量的确定  38
    3.2.2 软硬单体配比确定  38-39
    3.2.3 阳离子单体用量的确定  39-40
    3.2.4 交联单体用量的确定  40-41
    3.2.5 引发剂含量的确定  41-42
    3.2.6 pH 值对乳液稳定性的影响  42-43
    3.2.7 反应温度对乳液稳定性的影响  43-44
    3.2.8 反应时间对乳液稳定性的影响  44
    3.2.9 接枝苯丙侧链中丙烯腈含量的确定  44-45
  3.3 腈基淀粉接枝聚合物乳液的应用性能研究  45-48
  3.4 施胶液 pH 值对纸张施胶性能的影响  48-49
  3.5 施胶液引入无机锆盐对纸张性能的影响  49-50
  3.6 施胶性能对比  50-54
    3.6.1 腈基淀粉接枝聚合物乳液与对照乳液施胶性能对比  50-52
    3.6.2 腈基淀粉接枝聚合物乳液与对照乳液不同施胶纸张的接触角观察  52-53
    3.6.3 与市售乳液施胶性能对比  53-54
  3.7 无机锆盐对纸张应用性能的增强机理  54-56
4 结论  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-65

氰乙基淀粉接枝共聚物的制备及应用

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