紙用硅丙乳液中硅氧烷配方對紙張抗張強度影響的研究

吳盛恩，俞阜東，劉萃瑩

（1.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；2.浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州　310012）

紙用硅丙乳液中硅氧烷配方對紙張抗張強度影響的研究

吳盛恩1，俞阜東2，劉萃瑩1

（1.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；2.浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州310012）

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抗張強度的影響。

硅丙乳液；硅氧烷；抗張強度

1　前言

丙烯酸酯聚合物原料來源十分豐富，生產簡便，其乳液廣泛地用于涂料、膠粘劑、橡膠和樹脂抗沖擊改性劑等［1］，但存在容易失光、低溫韌性較差、透水性較高等缺點［2］；而硅氧烷分子主鏈Si—O鍵能高、分子體積大，內聚能密度低，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成功應用的經(jīng)驗，生產出一種能有效改善紙張性能的新型造紙化學品。

2　實驗部分

2.1實驗原料

苯乙烯（ST），甲基丙烯酸甲酯（MMA），丙烯酸丁酯（BA），乙烯基硅氧烷，十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），氫氧化鈉（NaOH），碳酸氫鈉（NaHCO3），過硫酸銨［（NH4）2S2O8］。

2.2實驗工藝

在燒瓶中加入去離子水、SDBS和OP-10，在溫度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2 h左右，冷卻，過濾，得到本研究用硅丙乳液。

使用合成得到的硅丙乳液在紙張表面涂布，經(jīng)恒溫鼓風階梯升溫至200℃，保持2 h后取出，48 h后測試紙張抗張強度。紙張抗張強度依照ISO 1924-2標準利用FRANK-PTI的臥式紙張抗張儀檢測。

2.3硅氧烷配方說明

本文研究了3種硅氧烷共9種不同的配方，主要突出研究硅氧烷配方對紙張抗張強度的影響，具體的硅氧烷含量見表1。

3　結果與分析

表1　硅氧烷配方說明

3.1硅氧烷a各配方對紙張抗張強度的影響

表2顯示了硅氧烷a各配方對紙張抗張強度的影響。

表2　硅氧烷a各配方對紙張抗張強度的影響

由表2可見，隨著硅氧烷a添加量的增加，紙張的抗張強度呈現(xiàn)了上升的趨勢。其各配方的具體趨勢見圖1。

圖1　硅氧烷a各配方對紙張抗張強度的影響

由圖1可以清晰發(fā)現(xiàn)，隨著硅氧烷a添加量的增加（橫向增加），紙張的抗張強度呈現(xiàn)了上升的趨勢；并且，隨著各配方中硅氧烷a添加量的增加（縱向增加），每個點的抗張強度同樣呈現(xiàn)了上升的趨勢。這說明，硅氧烷a的加入，對紙張抗張強度有積極的影響。

3.2硅氧烷b各配方對紙張抗張強度的影響

表3顯示了硅氧烷b各配方對紙張抗張強度的影響。

由表3可見，隨著硅氧烷b添加量的增加，紙張抗張強度呈現(xiàn)了上升的趨勢。其各配方的具體趨勢見圖2。

表3　硅氧烷b各配方對紙張抗張強度的影響

圖2　硅氧烷b各配方對紙張抗張強度的影響

由圖2可見，通過對比各配方硅氧烷b增加的實驗結果來看，并不是硅氧烷b含量越高，紙張抗張強度越高，這說明硅氧烷并不是影響紙張抗張強度的唯一因素。

3.3硅氧烷c各配方對紙張抗張強度的影響

表4顯示了硅氧烷c各配方對紙張抗張強度的影響。

表4　硅氧烷c各配方對紙張抗張強度的影響

由表4可見，紙張抗張強度隨著硅氧烷c添加量的增加，紙張抗張強度呈現(xiàn)了上升的趨勢。其各配方的具體趨勢見圖3。

圖3　硅氧烷c各配方對紙張抗張強度的影響

由圖3可發(fā)現(xiàn)，紙張抗張強度隨著硅氧烷c添加量的增加，在達到一個最高點后，穩(wěn)定在一個相對較高的區(qū)間，B配方的紙張抗張強度較A配方高。硅氧烷c的C配方由于硅氧烷本身分子極性比較大，加上分子結構中空間位阻比較小，水解速率較快，導致合成中凝膠幾率比較大，合成的產品對紙張抗張強度的影響不穩(wěn)定，故在此不加入與A和B配方之間的對比分析。

4　結論

（1）硅氧烷的加入，會對紙張抗張強度帶來積極的影響效果，但是添加量并不是越多越好。

（2）硅氧烷會影響紙張抗張強度，但不是唯一的影響因素。

（3）不同的硅氧烷、不同的配方之間，給相同紙張所帶來的抗張強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］Gloaguem J M，Heim P，Gaillard P，et al.Plasticity of rubber-toughened poly（methylmethacrylate）：effect of rubber particle size［J］. Polymer，1992，33（22）：4741-4746.

［2］Li H，Zhang Z B，Hu C P，et al.Surface composition and property of film prepared with aqueous dispersion of polyurethaneurea-acrylate including fluorinated block copolymer［J］.Eur Polym J，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.

Research in the Effect on the Tensile Strength of Paper of Siloxane Formula in Silicone-acrylic Emulsion

WU Sheng-en1，YU Fu-dong2，LIU Cui-ying1
（1.National Eng&Tech Research Center for Paper Chemicals，Hangzhou Research Institute of Chemical Technology，Hangzhou 310014，China；2.Environmental Engineering Co.，Ltd.Zhejiang Province，Hangzhou 310012，China）

The effect of siloxane formula in silicone-acrylic emulsion on the tensile strength of paper is researched. And the silicone-acrylic emulsion is mainly composed of unsaturated siloxane and acrylate，by way of emulsion polymerization.

silicone-acrylic emulsion；siloxane；tensile strength

TS727+.2

A

1007-2225（2015）04-0017-03

吳盛恩先生（1986-），工程師；主要研究方向：特種紙用化學品；E-mail：524634945@163.com。

2015-05-07（修回）

本文文獻格式：吳盛恩，俞阜東，劉萃瑩．紙用硅丙乳液中硅氧烷配方對紙張抗張強度影響的研究［J］．造紙化學品，2015，27（4）∶17-19．