莊遠(yuǎn)杰，陳少平，鄧佩春，吳宗華

（福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建福州 350007）

石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能

莊遠(yuǎn)杰，陳少平，鄧佩春，吳宗華

（福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建福州 350007）

采用轉(zhuǎn)相法制備了系列陰離子型石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液，并考察了其與氧化淀粉共混液的表面施膠性能。結(jié)果表明，在該研究的乳化條件下，m（石蠟）∶m（石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）=8∶2～6∶4的混合物能形成穩(wěn)定的乳液，其膠粒粒徑為400～630 nm；氧化淀粉與石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液共混液的表面施膠大幅提高了箱板紙的疏水性和環(huán)壓強(qiáng)度，乳液中腰果酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，乳液的表面施膠作用效果越大，但共混液提高紙頁(yè)拉伸強(qiáng)度的作用效果不及氧化淀粉。

腰果酚醛樹(shù)脂；石臘；氧化淀粉；表面施膠

隨著廢紙、非木材漿使用量的增加和造紙用水循環(huán)程度的提高，造紙內(nèi)施膠的難度不斷加大，造紙表面施膠的作用日顯重要。與傳統(tǒng)的淀粉類表面施膠劑相比，合成聚合物類表面施膠劑在提高紙的表面強(qiáng)度、抗水性、平滑度和印刷適性等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)其品種和用量都在迅速增加[1-3]。苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液是合成聚合物類表面施膠劑的主要品種之一，但存在著價(jià)格高等問(wèn)題。本項(xiàng)目前期研究的結(jié)果表明，石蠟/松香乳液不僅對(duì)人造板具有良好的防水性能，而且由于其與植物纖維的相容性大，人造板的機(jī)械強(qiáng)度大[4]。

為了進(jìn)一步提高乳液的性能，降低乳液的生產(chǎn)成本，本研究用價(jià)廉的腰果酚醛樹(shù)脂替代松香，考察了石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

石蠟，為58號(hào)半精制石蠟，工業(yè)品；腰果油，工業(yè)品；乳化劑，由非離子型表面活性劑、油酸鈉和陰離子型表面活性劑復(fù)配；腰果酚醛樹(shù)脂，根據(jù)文獻(xiàn)的方法合成[5]；氧化淀粉，由玉米淀粉的過(guò)氧化氫催化氧化反應(yīng)制得[6]。箱板紙，由福建某紙廠提供，定量120 g/m2。

1.2 陰離子型石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的制備

按表1的設(shè)計(jì)將石蠟與腰果酚醛樹(shù)脂按一定比例置于三口燒瓶中，加熱至90℃，使石蠟與腰果酚醛樹(shù)脂完全熔融；調(diào)節(jié)攪拌轉(zhuǎn)速至200 r/min，加入乳化劑使石蠟與腰果酚醛樹(shù)脂混合物形成W/O狀的均勻乳狀液；提高攪拌轉(zhuǎn)速至1 100 r/min，緩慢加入95℃的去離子水；達(dá)到轉(zhuǎn)相點(diǎn)時(shí)，將剩余的水快速加入，并降低攪拌速度至200 r/min，同時(shí)迅速冷卻燒瓶，將溫度降低至30℃，得所需乳液。取一定量的乳液在Mastersize 2000型激光粒度分析儀上測(cè)定膠粒的平均粒徑。

1.3 表面施膠

將箱板紙裁成20 cm×20 cm的方形紙片，將4 g配制好的表面施膠液攪拌混勻后，均勻涂抹于紙頁(yè)表面；室溫下自然晾干24 h；將紙頁(yè)的施膠面緊貼相片烘干機(jī)光板烘干3 min后，置于干燥器內(nèi)備用。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的方法測(cè)定紙頁(yè)的Cobb30值、裂斷長(zhǎng)和環(huán)壓指數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的制備

采用轉(zhuǎn)相法制備陰離子型石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液。在乳化溫度為90°C、乳化劑用量為18%（對(duì)石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）和w（石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）=30%的條件下，考察了石蠟與腰果酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比對(duì)乳液制備及乳液性質(zhì)的影響，結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的性質(zhì)

由表1可見(jiàn)，在本研究的乳化條件下，純的石蠟或腰果酚醛樹(shù)脂以及m（石蠟）∶m（腰果酚醛樹(shù)脂）=2∶8的混合物均不能形成乳液。樣品WYR-5和WYR-6雖能形成乳液，但靜置1周后均出現(xiàn)分層現(xiàn)象。m（石蠟）∶m（樹(shù)脂）=7∶3的混合物所形成的乳液的膠粒最小，為400 nm，且分布窄（圖1）。該乳液具有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性，在夏季靜置3個(gè)月，乳液狀態(tài)基本不變。乳液WYR-2和WYR-4也具有良好的貯存穩(wěn)定性。這些穩(wěn)定的乳液與氧化淀粉糊能均勻地混溶。

圖1 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的粒徑分布

2.2 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能

為了考察石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能，在施膠量為1 g/m2的條件下，比較了表2所提到的幾種乳液的表面施膠性能。

表2 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能

由表2可知，所用的表面施膠劑單獨(dú)使用時(shí)均使紙張的Cobb30值降至30.5 g/m2以下。陽(yáng)離子苯丙乳液的疏水效果大于其他乳液。隨著石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液中腰果酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比增大，紙張的Cobb值也增大，即疏水性減小。這主要是因?yàn)槭?腰果酚醛樹(shù)脂乳液中的表面活性劑量大于苯丙乳液，腰果酚醛樹(shù)脂中的親水基團(tuán)多于石蠟。

未表面施膠的箱板紙的環(huán)壓指數(shù)和裂斷長(zhǎng)僅分別為5.04 N·m/g和4.735 km，用石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液進(jìn)行表面施膠后，紙張的環(huán)壓指數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率均增大，且隨著乳液中的腰果酚醛樹(shù)脂含量增大而逐漸增大。這主要?dú)w因于腰果酚醛樹(shù)脂的剛性結(jié)構(gòu)，以及樹(shù)脂中的羥基與紙張纖維的親和力大。石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂的表面施膠性能略小于陽(yáng)離子苯丙乳液的表面施膠性能，但腰果油的價(jià)格僅為苯丙共聚物中單體價(jià)格的三分之一至四分之一，因此腰果油具有更高的性價(jià)比。

2.3 石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液與氧化淀粉共混的表面施膠性能

與石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的疏水性相比，氧化淀粉與石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的共混液的Cobb30值略大，但均在35.2 g/m2以下，表明共混液也具有良好的疏水性能。在氧化淀粉共混液中陽(yáng)離子苯丙乳液與石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的疏水作用相差不大。

氧化淀粉糊液的表面施膠大幅提高了箱板紙的環(huán)壓強(qiáng)度，且隨表面施膠量的增加，環(huán)壓強(qiáng)度的提高幅度也增大。本研究中表面施膠液的用量固定為4 g/m2，通過(guò)改變施膠液濃度來(lái)調(diào)節(jié)紙張表面施膠量，施膠液的濃度為1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，表面施膠量為紙張質(zhì)量的1%，以此類推。

圖2和圖3分別顯示了乳液組成對(duì)環(huán)壓指數(shù)和拉伸強(qiáng)度的影響[m（氧化淀粉）∶m（石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）=9.5∶0.5]。

圖2 乳液組成對(duì)環(huán)壓指數(shù)的影響

圖3 乳液組成對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

圖2所示的表面施膠結(jié)果表明，m（氧化淀粉）∶m（石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）=9.5∶0.5的共混液可進(jìn)一步提高氧化淀粉糊液的表面施膠效果。所用的3種乳液中，陽(yáng)離子苯丙共聚物的作用效果最好，施膠液濃度為4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，環(huán)壓指數(shù)為7.05 N·m/g，比空白箱板紙的5.04 N·m/g提高了39.9%。WYR-4和WYR-2的作用效果雖略小于陽(yáng)離子苯丙乳液，但也大幅提高了氧化淀粉糊液的作用效果。WYR-4的作用效果大于WYR-2的，可歸因于WYR-4含有更多的腰果酚醛樹(shù)脂。

由圖3可知，氧化淀粉表面施膠也大幅提高箱板紙的裂斷長(zhǎng)。氧化淀粉糊液濃度為4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)箱板紙的裂斷長(zhǎng)增大為5.531 km，增幅為16.8%。但WYR-4或WYR-2的添加并不能增加箱板紙的拉伸強(qiáng)度，因此以提高箱板紙拉伸強(qiáng)度為主要目的的氧化淀粉表面施膠不能加石蠟/腰果酚醛樹(shù)乳液。

3 結(jié)論

（1）在本研究的乳化條件下，用轉(zhuǎn)相法可將m（石蠟）∶m（石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂）=8∶2～6∶4的混合物乳化成穩(wěn)定的陰離子型石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液，其粒徑為400～630 nm。

（2）石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂的表面施膠性能略小于陽(yáng)離子苯丙乳液，但腰果油的價(jià)格僅為苯丙共聚物中單體價(jià)格的三分之一至四分之一，因此腰果油具有更高的性價(jià)比。

（3）氧化淀粉與石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液共混液的表面施膠大幅提高了箱板紙的疏水性和環(huán)壓強(qiáng)度，乳液中腰果酚醛樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，乳液的表面施膠作用效果越大，但石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液對(duì)提高箱板紙拉伸強(qiáng)度的作用小。

［1］林龍平.聚合物表面施膠劑［J］.造紙化學(xué)品，2000，12（2）：13.

［2］Furunaga，Toshikatsu，Yamanaka，etal.Surfacesizingagentandrecording paper comprising same：US，6423182［P］.2002-07-23.

［3］Elena C，Polina T，Chuong B，et al.Effect of comonomer composition on the controlled free-radical copolymerization of styrene and maleic anhydridebyreversibleaddition-fragementationchaintransfer（RAFT）［J］.Polymer，2003（44）：4101-4107.

［4］吳宗華，陳少平，盧玉棟，等.纖維板防水劑用石蠟-松香乳液的組分與性能的關(guān)系［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2005，25（2）：95-98.

［5］盧玉棟，林筱璇，葉琳，等.腰果酚醛樹(shù)脂包膜尿素的制備及緩釋性能［J］.應(yīng)用化工，2010，39（5）：648-651.

［6］龔新懷，吳宗華.芭蕉芋氧化淀粉的制備與性質(zhì)［J］.造紙科學(xué)與技術(shù)，2009，28（5）：50-53.

Surface Sizing Properties of Emulsions of Paraffin Wax and Cardanol Formaldehyde Resin

ZHUANG Yuan-jie，CHEN Shao-ping，DENG Pei-chun，WU Zong-hua
（College of Material Science and Engineering，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350007，China）

The anionic emulsions of paraffin wax and cardanol formaldehyde resin were prepared by phase inversion method.Surface sizing performance of the mixtures of oxidized starch and those emulsions was investigated.The results showed that the mixtures of paraffin wax and paraffin wax/cardanol formaldehyde resin with mass ratio of 8∶2～6∶4 could form stable emulsions under the emulsification conditions studied，in which the size of colloids was from 400 nm to 630 nm.With surface sizing by the mixtures of oxidized starch and paraffin wax/cardanol formaldehyde resin emulsion，hydrophobic property and ring crush strength of cardboard was improved significantly.The greater the mass ratio of the resin in the emulsion，the greater the surface sizing effect of the mixtures.But the improvement of cardboard tensile strength by the mixtures was less than that by the oxidized starch.

cardanol formaldehyde resin；paraffin wax；oxidized starch；surface sizing

TS727+.5

A

1007-2225（2012）06-0010-04

2012-09-28（修回）

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（20120301）

莊遠(yuǎn)杰先生（1987-），在讀研究生；研究方向：造紙化學(xué)品。

吳宗華先生，教授；研究領(lǐng)域：造紙濕部化學(xué)及化學(xué)品；E-mail：wuzonhua@fjnu.edu.cn。

本文文獻(xiàn)格式：莊遠(yuǎn)杰，陳少平，鄧佩春，等.石蠟/腰果酚醛樹(shù)脂乳液的表面施膠性能[J].造紙化學(xué)品，2012，24（6）∶10-13.