吳盛恩，劉萃瑩

（國家造紙化學品工程技術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紙張耐破度影響的研究

吳盛恩，劉萃瑩

（國家造紙化學品工程技術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［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，且固化時間長、附著力差［3］。硅丙乳液正是有效地結合了丙烯酸酯和硅氧烷二者的優(yōu)點，目前已經(jīng)成功地應用于涂料、膠粘劑和皮革涂飾劑等領域。

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

1　實驗部分

1.1實驗原料

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。以上實驗原料，除氫氧化鈉、碳酸氫鈉和過硫酸銨為分析純外，其余均為化學純。

1.2實驗工藝

在燒瓶中加入去離子水、SDBS和OP-10，在60℃條件下充分攪拌、溶解，緩慢加入預先設定量的單體，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)恒溫鼓風階梯升溫至200℃，保持2h后取出，48h后測試紙張耐破度。

1.3實驗儀器及測試標準

紙張涂布利用英國RK公司K303型實驗室用涂布機進行。

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任公司的DCP-NPY1200型紙張耐破度儀測得。

2　結果與分析

對硅氧烷產(chǎn)品而言，同一種硅氧烷同一個硅氧烷添加質量的各配方（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量的差異。在前期的探索實驗中，我們發(fā)現(xiàn)硅氧烷的添加量對紙張耐破度的影響最大，特在此做深入的研究及數(shù)據(jù)對比分析。

2.1硅氧烷a各配方對紙張耐破度的影響

硅氧烷a各配方對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各配方對紙張耐破度的影響

硅氧烷b各配方對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)歷了一個高點后，開始逐漸下降，這說明在該體系中，硅氧烷b的加入會促進紙張耐破度的提高，但并不是越多越好，這是因為過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，導致紙張耐破度下降。

2.3硅氧烷c各配方對紙張耐破度的影響

硅氧烷c各配方對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的配方在達到最佳點后，下降的趨勢十分明顯。這也進一步驗證了，過多的硅氧烷的加入會使紙張表面成膜脆性變大，導致紙張耐破度急劇下降。

圖3　硅氧烷c各配方對紙張耐破度的影響

3　結論

（1）在硅丙乳液的制備中，凝膠是常常會發(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，加上分子結構空間位阻又小，導致水解速率較快，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，應選擇合適的乙烯基硅氧烷，并對工藝條件做出微調。

（2）硅氧烷的加入，會對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，但是在對應的每個配方中，硅氧烷的添加量并不是越多越好。

（3）硅氧烷會影響紙張耐破度，影響情況會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，應該綜合考慮合成的成本和難易程度等因素后，調配出一個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)定性研究進展［J］.有機硅材料,2011,25（1）：44-49.

10.13752/j.issn.1007-2217.2016.01.005

2015-12-02