纸用硅丙乳液中硅氧烷配方对纸张耐破度影响的研究

吴盛恩，刘萃莹

（国家造纸化学品工程技术研究中心杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

纸用硅丙乳液中硅氧烷配方对纸张耐破度影响的研究

吴盛恩，刘萃莹

（国家造纸化学品工程技术研究中心杭州市化工研究院，浙江杭州310014）

以不饱和硅氧烷和丙烯酸酯为主要原料，通过乳液聚合的方法，制备纸用硅丙乳液，研究硅氧烷配方对纸张耐破度的影响。

硅丙乳液；硅氧烷；纸张；耐破度

丙烯酸酯聚合物原料来源十分丰富，生产简便，其乳液广泛地应用于涂料、胶粘剂、橡胶和树脂抗冲击改性剂等［1］，但它也存在容易失光、低温韧性较差和透水性较高等缺点［2］；而硅氧烷分子主链Si—O键键能高，分子体积大，内聚能密度低，因此具有良好的耐高温性能、疏水性、透气性和耐候性，但是其乳液一般需要高温固化，且固化时间长、附着力差［3］。硅丙乳液正是有效地结合了丙烯酸酯和硅氧烷二者的优点，目前已经成功地应用于涂料、胶粘剂和皮革涂饰剂等领域。

我们目前正在研究硅丙乳液在造纸方面的一些应用，意在有效结合丙烯酸酯和硅氧烷各自的优点，借鉴硅丙乳液在涂料、胶粘剂和皮革等领域的成功经验，生产出一种能有效改善纸张性能的化学品。

1　实验部分

1.1实验原料

苯乙烯（简称ST）；甲基丙烯酸甲酯（简称MMA）；丙烯酸丁酯（简称BA）；乙烯基硅氧烷；十二烷基苯磺酸钠（简称SDBS）；辛基酚聚氧乙烯醚（简称OP-10）；过硫酸铵（简称APS）；氢氧化钠；碳酸氢钠。以上实验原料，除氢氧化钠、碳酸氢钠和过硫酸铵为分析纯外，其余均为化学纯。

1.2实验工艺

在烧瓶中加入去离子水、SDBS和OP-10，在60℃条件下充分搅拌、溶解，缓慢加入预先设定量的单体，并逐步升温至75℃，加入余下的单体和引发剂，反应2h左右，冷却，过滤，得到本研究用的硅丙乳液。

利用3种硅氧烷合成得到的硅丙乳液产品在纸张表面涂布，经恒温鼓风阶梯升温至200℃，保持2h后取出，48h后测试纸张耐破度。

1.3实验仪器及测试标准

纸张涂布利用英国RK公司K303型实验室用涂布机进行。

纸张耐破度依照ISO2758《纸—耐破度的测定》和GB/T454《纸耐破度的测定法》，利用四川长江造纸仪器有限责任公司的DCP-NPY1200型纸张耐破度仪测得。

2　结果与分析

对硅氧烷产品而言，同一种硅氧烷同一个硅氧烷添加质量的各配方（A配方、B配方和C配方）之间的区别，主要在于除硅氧烷添加量外的其他单体添加质量的差异。在前期的探索实验中，我们发现硅氧烷的添加量对纸张耐破度的影响最大，特在此做深入的研究及数据对比分析。

2.1硅氧烷a各配方对纸张耐破度的影响

硅氧烷a各配方对纸张耐破度的影响数据见表1。

表1　硅氧烷a各配方对纸张耐破度的影响

根据表1内的数据，作成图1。

图1　硅氧烷a各配方对纸张耐破度的影响

通过图1，我们可以清晰地发现，在该体系中，随着硅氧烷a添加量的增加，纸张耐破度总体上呈现了升高的趋势，A配方、B配方和C配方呈现了相似的趋势，C配方的最佳点较A配方和B配方前移。以上现象表明，硅氧烷a的加入，对纸张耐破度的提高起到了非常积极的作用。

2.2硅氧烷b各配方对纸张耐破度的影响

硅氧烷b各配方对纸张耐破度的影响数据见表2。

表2　硅氧烷b各配方对纸张耐破度的影响

根据表2内的数据，作成图2。

图2　硅氧烷b各配方对纸张耐破度的影响

通过图2，我们可以清晰地发现，随着硅氧烷b添加量的增加，纸张的耐破度数值经历了一个高点后，开始逐渐下降，这说明在该体系中，硅氧烷b的加入会促进纸张耐破度的提高，但并不是越多越好，这是因为过多的硅氧烷的加入使得样品在纸张表面成膜的脆性逐渐升高，导致纸张耐破度下降。

2.3硅氧烷c各配方对纸张耐破度的影响

硅氧烷c各配方对纸张耐破度的影响数据见表3。

表3　硅氧烷c各配方对纸张耐破度的影响

根据表3内的数据，作成图3。

通过图3，我们可以清晰地发现，在该体系中，随着硅氧烷c添加量的增加，纸张的耐破度还是呈现了升高的趋势，并且3个配方呈现的规律基本相近，但是较前面硅氧烷a和硅氧烷b的各配方数据不同的是，硅氧烷c的A、B和C的配方在达到最佳点后，下降的趋势十分明显。这也进一步验证了，过多的硅氧烷的加入会使纸张表面成膜脆性变大，导致纸张耐破度急剧下降。

图3　硅氧烷c各配方对纸张耐破度的影响

3　结论

（1）在硅丙乳液的制备中，凝胶是常常会发现的问题，本研究中也遇到了同样的难题，这是由于多数乙烯基硅氧烷，分子极性都较大，加上分子结构空间位阻又小，导致水解速率较快，合成中凝胶几率较大。为减少合成过程中自聚问题的干扰，尽可能降低凝胶几率，应选择合适的乙烯基硅氧烷，并对工艺条件做出微调。

（2）硅氧烷的加入，会对纸张耐破度带来积极的影响效果，研究中C配方整体的纸张耐破度数据要好于A配方和B配方，但是在对应的每个配方中，硅氧烷的添加量并不是越多越好。

（3）硅氧烷会影响纸张耐破度，影响情况会因硅氧烷种类不同而产生差异，但硅氧烷并不是唯一的影响因素。

（4）不同硅氧烷，不同配方之间，给相同纸张所带来的耐破度的提升效果是不一样的，应该综合考虑合成的成本和难易程度等因素后，调配出一个最适合自身需求的配方。

［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，邓锐，等.硅丙乳液制备方法及稳定性研究进展［J］.有机硅材料,2011,25（1）：44-49.

10.13752/j.issn.1007-2217.2016.01.005

2015-12-02