非水介質(zhì)中羧基酯化聚乙烯醇的合成及其在表面施膠中的增強(qiáng)應(yīng)用

李春艷 李小瑞 ，* 沈一丁 李凱斌 劉一鶴 黨鵬程

（1. 陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西西安，710021；2. 陜西省輕化工助劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安，710021；3. 商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，陜西商洛，726000）

聚乙烯醇（PVA）是使用較多的紙張表面施膠劑之一，具有優(yōu)異的表面施膠及增強(qiáng)效果［1-4］。然而單一的PVA黏度大，增強(qiáng)作用有待提高，對(duì)油墨粒子結(jié)合力不強(qiáng)［5-6］，對(duì)一些特種紙表面施膠效果不理想。為此，科研人員對(duì)PVA進(jìn)行羧基酯化改性，向其分子鏈中引入可提高油墨粒子附著力的強(qiáng)極性羧基，同時(shí)增大分子鏈間距離，以促進(jìn)油墨粒子的進(jìn)入［7-9］。

PVA具有水溶性，但需要在高溫下溶解，且溶解時(shí)間較長(zhǎng)，不便于實(shí)際應(yīng)用［10-14］。龔偉等［15］采用馬來(lái)酸酐（MAH）對(duì)PVA 進(jìn)行改性，制備了羧基酯化PVA，但MAH 水解會(huì)導(dǎo)致酯化率降低。范天峰等［16］采用硫酸作催化劑，二甲基亞砜（DMSO）作溶劑，利用MAH 對(duì)PVA 進(jìn)行改性，制備了羧基酯化PVA，但反應(yīng)過(guò)程中易凝膠化，反應(yīng)不徹底。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于在非水介質(zhì)中采用相轉(zhuǎn)移催化劑對(duì)PVA進(jìn)行羧基酯化改性的研究很少。本課題組在有機(jī)溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）的介質(zhì)中，通過(guò)相轉(zhuǎn)移催化劑引入MAH，對(duì)低醇解度的PVA0588進(jìn)行羧基酯化改性，最終得到一系列非水介質(zhì)中的羧基酯化聚乙烯醇（NWMPA）；探究了PVA0588 與MAH質(zhì)量比對(duì)NWMPA羧基含量及其分散液穩(wěn)定性的影響，同時(shí)研究了NWMPA與PVA1799復(fù)配施膠對(duì)紙張物理性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

試劑：PVA0588、市售施膠劑（固含量97%，工業(yè)品），上海影佳實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；MAH，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；NMP及四丁基溴化銨，分析純，麥克林試劑有限公司；PVA1799，工業(yè)品，廣州忠高化工有限公司；油墨，陜西志鷹精細(xì)化學(xué)品有限公司；純木漿特種紙，成都金鼎安全印制有限公司；木棉混漿紙，實(shí)驗(yàn)室自制。實(shí)驗(yàn)前對(duì)所有原料進(jìn)行除水干燥。

儀器：VECTOR-22 型傅里葉變換紅外光譜（FTIR） 儀及 ADVANCE400MHZ 核磁共振分析 （1HNMR）儀，德國(guó)布魯克公司；ZetasIzernano-ZS90型激光粒度分析儀，英國(guó)馬爾文公司；Turbiscan Lab 型穩(wěn)定性分析儀，法國(guó)FMLT公司；NDJ-5（8）SB型黏度計(jì)，上海星量光學(xué)儀器有限公司；Q500型熱重（TG）分析儀，美國(guó)TA公司；AXIS SUPRA型X射線光電子能譜（XPS）儀，日本島津公司；K303 輥式涂布機(jī)，英國(guó)RK 公司；DCP-MIT135A 型電腦測(cè)控耐折度儀，四川長(zhǎng)江造紙儀器有限責(zé)任公司；SE-062 型抗張強(qiáng)度測(cè)試儀，瑞典洛倫涔科技公司；DRK106 紙與紙板挺度儀，山東德瑞克儀器有限公司；SLD-J 型紙張撕裂度測(cè)定儀，濟(jì)南精基試驗(yàn)儀器有限公司；光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，德國(guó)克呂士科技（上海）有限公司；掃描電子顯微鏡（SEM），捷克泰思肯貿(mào)易（上海）有限公司。

1.2 NWMPA的合成及復(fù)配表面施膠劑的制備應(yīng)用

1.2.1 NWMPA的合成

NWMPA的合成如圖1所示。將PVA0588在105℃下進(jìn)行真空干燥5 h后密封保存。在裝有NMP的三口燒瓶中加入一定質(zhì)量比的PVA0588 與MAH 單體，同時(shí)加入少量的四丁基溴化銨催化劑，加熱升溫至90℃并均勻攪拌反應(yīng)3 h，再將此反應(yīng)體系降溫至25℃后加入一定量的NaOH 調(diào)堿中和，最后在105℃下恒溫至干燥得到產(chǎn)物NWMPA。通過(guò)改變MAH 的用量（PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比分別為10∶1、10∶3、10∶5、10∶7）合成4 種產(chǎn)物，分別標(biāo)記為：NWMPA-1、NWMPA-2、NWMPA-3、NWMPA-4。

圖1 NWMPA的合成路線Fig.1 Synthesis route of NWMPA

1.2.2 復(fù)配表面施膠劑的制備

將PVA1799 分別與NWMPA-3、市售施膠劑進(jìn)行復(fù)配［1，17-19］，然后加入去離子水直至質(zhì)量達(dá)到 100 g，即可得如表1所示的16種表面施膠劑。

表1 PVA1799與NWMPA-3及市售施膠劑復(fù)配Table 1 PVA1799 compounded with NWMPA-3 and commercial sizing agent

1.2.3 紙張施膠

將木棉混漿實(shí)驗(yàn)室自制紙張及特種紙分別浸泡在不同種類表面施膠劑中30 min，然后采用涂布機(jī)將紙張表面的施膠劑進(jìn)行均勻施膠及壓平，再將施膠后的紙張放入恒溫烘箱中，在110℃下烘干15 min，取出后進(jìn)行各項(xiàng)物理性能測(cè)試。

1.3 NWMPA結(jié)構(gòu)表征

采用傅里葉變換紅外光譜儀分析反應(yīng)單體MAH、PVA0588 及產(chǎn)物NWMPA-3 結(jié)構(gòu)，掃描范圍為500～4000 cm-1。

采用核磁共振分析儀表征NWMPA-3 的結(jié)構(gòu)，以DMSO為溶劑，共振頻率為400 MHz。

采用X射線光電子能譜儀分析PVA0588和NWM?PA-3的元素組成。

1.4 NWMPA產(chǎn)率測(cè)定

將反應(yīng)得到的NWMPA 在105℃下真空干燥至質(zhì)量恒定。NWMPA的產(chǎn)率（p，%）按式（1）計(jì)算得到。

1.5 NWMPA羧基含量的測(cè)定

將一定量未調(diào)堿的NWMPA 加入到二甲苯溶劑中溶解，然后加入酚酞指示劑，最后用KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)其標(biāo)定。

按式（2）計(jì)算NWMPA的羧基含量（A，mmol/L）。

式中，C為KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L；V為樣品所消耗KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；m為NWMPA 的質(zhì)量，g；56.1為KOH的摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.6 NWMPA碘值的測(cè)定

碘值法可測(cè)定NWMPA 中雙鍵的含量。參照GB/T 5532—1995標(biāo)準(zhǔn)配置所有試劑并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。按式（3）計(jì)算NWMPA碘值（w，g/（100 g））。

式中，c為Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；v0為空白實(shí)驗(yàn)所消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；v為樣品所消耗Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；m為樣品的質(zhì)量，g；12.69 為1.00 mL Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.000 mol/L）換算碘的質(zhì)量，g。

1.7 NWMPA分散液穩(wěn)定性分析

表觀：將NWMPA配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的分散液，觀察分散液穩(wěn)定性隨時(shí)間的變化。

微觀：采用穩(wěn)定性分析儀對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NWMPA分散液進(jìn)行測(cè)試。

1.8 NWMPA分散液粒徑測(cè)定

采用激光粒度分析儀測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%的NWMPA分散液的粒徑及粒徑分布。

1.9 TG分析

采用Q500 型熱重儀測(cè)定PVA 及NWMPA 的熱穩(wěn)定性，測(cè)試條件為：N2保護(hù)，溫度范圍為20℃～700℃，升溫速率為10℃/min。

1.10 紙張施膠度測(cè)試

按照GB/T 5405—1985（液體滲透法）測(cè)定紙張施膠度。

1.11 紙張物理性能測(cè)定

分 別 按 照 GB/T 26460—2011、 GB/T 2679.3—1996、GB/T 457—2008及GB/T 455—2002測(cè)定紙張抗張強(qiáng)度、挺度、耐折度及撕裂度。

1.12 施膠液黏度的測(cè)定

在室溫下，采用黏度計(jì)測(cè)定施膠液的黏度。

1.13 紙張施膠量測(cè)定

將未施膠和施膠后的紙張（100 mm × 100 mm）放入105℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，施膠前后的質(zhì)量差即為紙張的施膠量。

1.14 紙張接觸角測(cè)定

采用光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定紙張的接觸角［20］，樣品規(guī)格：2 cm×2 cm。

1.15 SEM分析

將一定尺寸的不同形狀紙樣粘在導(dǎo)電膠上，然后將導(dǎo)電膠粘在測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行噴金后，采用掃描電子顯微鏡觀察施膠前后紙樣。

1.16 紙張油墨脫落面積測(cè)定

按GB/T 9286—1998測(cè)定紙張油墨脫落面積。

2 結(jié)果與討論

2.1 NWMPA-3的FT-IR分析

圖2 為 MAH、PVA0588 和 NWMPA-3 的 FT-IR 譜圖。從圖2 可以看出，與PVA0588 相比，NWMPA-3在2920（—COO 伸縮振動(dòng)）、1735（RO—C=O 伸縮振動(dòng)）、1658（—C=C—伸縮振動(dòng)）cm-1處吸收峰均明顯增強(qiáng)，表明PVA0588的—OH與MAH的酸酐進(jìn)行了羧基酯化反應(yīng)。

圖2 MAH、PVA0588和NWMPA-3的FT-IR譜圖Fig.2 FT-IR spectra of MAH,PVA0588,and NWMPA-3

2.2 NWMPA-3的1H-NMR分析

對(duì) MAH、PVA0588 及 NWMPA-3 進(jìn)行1H-NMR 測(cè)定，結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，PVA0588 在δ=1.0～2.0 處有較強(qiáng)的吸收峰，這主要是—CH2和—CH處的質(zhì)子特征峰，而NWMPA 在δ=6.02和6.21處有較強(qiáng)的吸收峰，這主要是—HC=CH—COOR 不同位置質(zhì)子的特征峰。由此，可以進(jìn)一步確定NWMPA-3 是由PVA0588與MAH合成的目標(biāo)產(chǎn)物。

圖3 MAH、PVA0588和NWMPA-3的1H-NMR譜圖Fig.3 1H-NMR spectra of MAH,PVA0588,and NWMPA-3

2.3 NWMPA-3的XPS分析

為了進(jìn)一步確定MAH 成功接枝到PVA0588 中，對(duì)PVA0588 和NWMPA-3 進(jìn)行了XPS 測(cè)試，結(jié)果如圖4和圖5所示。

從圖4 可以看出，與PVA0588 相比，NWMPA-3中C元素的含量有所提高，O元素含量有所下降，同時(shí)C/O 元素質(zhì)量比由PVA0588 的3.06 增至NWMPA-3的3.48。這主要是由于PVA0588 中引入了MAH，發(fā)生了羧基酯化反應(yīng)，同時(shí)消耗了PVA0588中的—OH，進(jìn)一步證明MAH成功接枝到PVA0588中。

圖4 PVA0588和NWMPA-3的XPS寬譜圖Fig.4 XPS wide spectra of PVA0588 and NWMPA-3

圖5（a）和圖5（b）分別是PVA0588和NWMPA-3中C元素的XPS窄譜圖。由圖5可知，與PVA0588相比，NWMPA-3 中C 元素在290.01 eV 處出現(xiàn)吸收峰（歸屬于—COOR 結(jié)構(gòu)的峰位），其峰面積占總面積的19.63%，這主要是由于PVA0588中的—OH與MAH中的羧基反應(yīng)形成—COOR結(jié)構(gòu)。此外，NWMPA-3中C元素在283.49 eV處的吸收峰面積占總面積的42.29%，這主要是由于PVA0588體系引入了MAH中的C=C結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步證明，NWMPA-3是由PVA0588與MAH發(fā)生羧基酯化反應(yīng)生成。

圖5 PVA0588和NWMPA-3中C元素的XPS窄譜圖Fig.5 XPS narrow spectra of element C in PVA0588 and NWMPA-3

2.4 PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比對(duì) NWMPA 的產(chǎn)率、羧基含量及碘值的影響

PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比對(duì) NWMPA 產(chǎn)率的影響如圖6所示。由圖6可知，隨著PVA0588與MAH質(zhì)量比的減小，NWMPA 產(chǎn)率不斷提高，當(dāng)PVA0588 與MAH 質(zhì)量比為 10∶7 時(shí)，NWMPA 的產(chǎn)率可達(dá)到93.2%。

圖6 PVA0588與MAH質(zhì)量比對(duì)NWMPA產(chǎn)率的影響Fig.6 Effect of mass ratio of PVA0588 to MAH on NWMPA yield

為了確定 PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比對(duì) PVA0588 接枝量的影響，測(cè)定了NWMPA的羧基含量及碘值，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，隨著PVA0588與MAH質(zhì)量比不斷減小，NWMPA 的羧基含量和碘值均呈上升趨勢(shì)，這主要是由于MAH用量的增加，其向NWMPA體系引入了大量的C=C 基團(tuán)及親水基羧基。當(dāng)PVA0588與MAH質(zhì)量比為10∶7時(shí)，NWMPA 的碘值為34.90 g/（100 g），羧基含量為54.14 mmol/L。

圖7 PVA0588與MAH質(zhì)量比對(duì)NWMPA羧基含量及碘值的影響Fig.7 Effect of mass ratio of PVA0588 to MAH on carboxyl content and iodine value of NWMPA

2.5 PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比對(duì) NWMPA 分散液穩(wěn)定性的影響

PVA0588 與 MAH 質(zhì)量比對(duì) NWMPA 分散液穩(wěn)定性的影響如表2 所示。由表2 可知，當(dāng)PVA0588 與MAH 的質(zhì)量比為10∶1 時(shí)，NWMPA 分散液出現(xiàn)白色絮狀物，不穩(wěn)定，這是由于反應(yīng)體系中加入親水單體MAH的量過(guò)少，因此，制得的NWMPA-1的水分散性不好。

表2 PVA0588與MAH的質(zhì)量比對(duì)NWMPA分散液穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of mass ratio of PVA0588 to MAH on the stability of NWMPA dispersion

為了進(jìn)一步明確NWMPA 分散液的穩(wěn)定性，測(cè)定了NWMPA 分散液的粒徑、分散性指數(shù)（PDI）及穩(wěn)定指數(shù)（TSI），結(jié)果如圖8和圖9所示。

由圖8和圖9可知，隨著親水單體MAH用量的增加，NWMPA 分散液的平均粒徑、PDI、TSI呈先下降后上升的趨勢(shì)。其中，NWMPA-3 分散液的平均粒徑為368.0 nm、PDI為0.418、TSI為3.802，分散液最穩(wěn)定，因此用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。而NWMPA-4 的平均粒徑、PDI及TSI均有所升高，主要是由于該反應(yīng)體系中MAH 的含量過(guò)多，引入了大量的—COOH，—COOH間發(fā)生自聚反應(yīng)，導(dǎo)致NWMPA分散液粒徑分布變寬及疏水酯基含量增加，而親水性略有下降。

圖8 PVA0588與MAH質(zhì)量比對(duì)NWMPA分散液粒徑的影響Fig.8 Effect of mass ratio of PVA0588 to MAH on the particle size of NWMPA dispersion

圖9 PVA0588與MAH質(zhì)量比對(duì)NWMPA分散液TSI的影響Fig.9 Effect of mass ratio of PVA0588 to MAH on TSI of NWMPA dispersion

2.6 NWMPA-3的TG分析

NWMPA-3的TG曲線如圖10所示。由圖10可知，NWMPA-3 的熱損失主要有2 個(gè)階段：119℃～251℃階段，質(zhì)量損失為32%，此階段質(zhì)量損失主要是由于NWMPA-3 中小分子鏈的斷裂所致；251℃～521℃階段，質(zhì)量損失較嚴(yán)重，從32%提高至93%，這主要由于NWMPA-3中大分子鏈的斷裂所致；在521℃～600℃階段，幾乎無(wú)質(zhì)量損失（＜1%），此階段的碳?xì)堄嗦始s為7%。因此可知，NWMPA熱穩(wěn)性較好，其作為施膠劑可滿足造紙生產(chǎn)所需的溫度要求。

圖10 NWMPA-3的TG曲線Fig.10 TG curve of NWMPA-3

2.7 PVA1799/NWMPA-3 復(fù)配施膠劑對(duì)紙張施膠度的影響

不同PVA1799/NWMPA-3 復(fù)配施膠劑對(duì)紙張施膠度的影響如圖11 所示；圖中，1、2、3 分別對(duì)應(yīng)3 wt% PVA1799、4 wt% PVA1799 和 5 wt% PVA1799，A～E 對(duì)應(yīng)可見(jiàn)表1，下同。由圖11 可知，施膠后紙張的施膠度相比原紙均有所提高。這主要是因?yàn)镹WMPA-3 中含有較多的醋酸酯基疏水基團(tuán)，并且施膠液中含有大量—OH，會(huì)與紙張纖維中的—OH 發(fā)生氫鍵作用，從而提高紙張結(jié)構(gòu)的緊密性。當(dāng)NWMPA-3 用量一定時(shí)，PVA1799 用量由3 wt%增至4 wt%，紙張施膠度提高明顯，這主要是因?yàn)镻VA1799 具有較好的耐水性。當(dāng)PVA1799 的用量進(jìn)一步由4 wt%增至5 wt%時(shí)，紙張的施膠度差異不明顯。從圖11 可以明顯看出，D2 紙樣的施膠度最大，相比原紙?zhí)岣吡?246.5%。

圖11 不同施膠劑對(duì)紙張施膠度的影響Fig.11 Effect of different sizing agents on sizing degree of paper

2.8 PVA1799/NWMPA-3 復(fù)配施膠劑對(duì)紙張物理性能的影響

PVA1799/NWMPA-3 復(fù)配施膠劑對(duì)紙張抗張強(qiáng)度、挺度、耐折度及撕裂度的影響如圖12 所示。由圖12 可知，與原紙相比，施膠后紙張各項(xiàng)物理性能均有所提高。PVA1799用量由3 wt%增至4 wt%，紙張各項(xiàng)物理性能明顯提高，這主要是因?yàn)镻VA1799本身對(duì)紙張各項(xiàng)物理性能有增強(qiáng)效果。PVA1799用量過(guò)高會(huì)影響油墨粒子的進(jìn)入；當(dāng)PVA1799用量由4 wt%增至5 wt%，紙張各項(xiàng)物理性能提高不顯著，綜上選用4 wt% PVA1799 與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NWMPA-3 復(fù)配施膠。由圖12 還可知，D2 紙樣的物理性能最好，相比原紙，其干抗張指數(shù)、濕抗張指數(shù)、挺度、耐折度、撕裂指數(shù)分別提高了33.6%、 50.6%、 29.2%、243.8%、73.6%。

圖12 不同施膠劑對(duì)紙張物理性能的影響Fig.12 Effects of different sizing agents on physical properties of paper

2.9 復(fù)配施膠劑中NWMPA-3用量對(duì)紙張接觸角的影響

復(fù)配施膠劑中NWMPA-3 用量對(duì)紙張接觸角的影響如圖13 所示。由圖13 可知，施膠后紙樣的接觸角相比原紙均有所提高，D2 紙樣的接觸角最大，相比原紙，接觸角增大了50.8%。而E2紙樣的接觸角下降至88.5°，這主要是由于E2 體系中含有大量的親水性羧基基團(tuán)，使紙張易被水分子溶脹，從而降低了紙張的疏水性。

圖13 NWMPA-3用量對(duì)紙張接觸角的影響Fig.13 Effect of NWMPA-3 dosage on paper contact angle

2.10 復(fù)配施膠劑中NWMPA-3 用量對(duì)施膠液黏度及紙張施膠量的影響

復(fù)配施膠劑中NWMPA-3 用量對(duì)施膠液黏度及紙張施膠量的影響如圖14 和圖15 所示。由圖14 可知，施膠液的黏度隨剪切速率的增大而逐漸減小，剪切速率為4.63 s-1時(shí)，隨著NWMPA-3 用量增加，施膠液黏度也逐漸增大，E2施膠液黏度最大，為240.8 mPa·s，這主要是因?yàn)镻VA1799 和NWMPA-3 本身具有一定的黏度，二者復(fù)配后有疊加的效果，從而提高了施膠液的黏度。由圖15 可知，D2 紙樣的施膠量最大，達(dá)1.975 g/m2，但E2 紙樣的施膠量（1.923 g/m2）略有下降，這主要是因?yàn)樵撌┠z液的黏度過(guò)大，滲透力弱。綜合紙張各項(xiàng)物理性能，選用D2施膠液進(jìn)行施膠。

2.11 NWMPA-3對(duì)紙張形貌的影響

原紙及D2紙樣的SEM圖如圖16所示。由圖16可知，與原紙相比，D2 紙樣纖維間的排列較密集，這是由于D2 施膠劑中含有的—OH 與紙張纖維中的—OH發(fā)生氫鍵作用，增強(qiáng)了紙張的緊密性和牢固性。并且，D2 紙樣的表面孔隙較原紙的小，這主要是由于引入的MAH 對(duì)PVA0588 分子起到擴(kuò)鏈效應(yīng)，使NWMPA變成有機(jī)大分子鏈。

圖16 紙張表面的SEM圖Fig.16 SEM images of paper surface

2.12 NWMPA-3與市售施膠劑施膠性能對(duì)比

通過(guò)以上分析可知，D2 施膠劑效果最好。將其與F 施膠劑分別用于特種紙表面施膠，結(jié)果如表3 所示。由表3可知，與F相比，D2的儲(chǔ)存期更長(zhǎng)，可達(dá)45天，且對(duì)紙張的施膠度提高了40.1%，其施膠紙的耐折度、干抗張指數(shù)、濕抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、挺度分別提高了31.7%、6.2%、41.3%、24.8%、30.9%。這是由于D2 中含有較多的—OH 與紙張纖維中的—OH 發(fā)生氫鍵作用，同時(shí)該體系中引入了增強(qiáng)紙張物理性能的羧基基團(tuán)，從而增強(qiáng)紙張表面結(jié)構(gòu)的致密性和牢固性。相比市售施膠劑，NWMPA-3與PVA1799復(fù)配施膠的效果更好，應(yīng)用前景良好。

表3 不同施膠劑的施膠性能Table 3 Sizing properties of different sizing agents

2.13 NWMPA-3對(duì)紙張油墨附著力的影響

綜合紙張的各項(xiàng)物理性能，對(duì)D2、F施膠紙樣及原紙進(jìn)行油墨附著力測(cè)試，結(jié)果如表4 所示。由表4可知，與原紙相比，D2 紙樣對(duì)油墨的附著力更好，油墨脫落面積占比為4.3%，與F 施膠紙樣差異不大，并且其油墨附著力等級(jí)達(dá)到4B，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由紙張油墨附著力機(jī)理圖（見(jiàn)圖17）可知，PVA0588分子鏈中引入擴(kuò)鏈劑MAH，使NWMPA-3變成有機(jī)大分子鏈，將它用于紙張表面施膠，油墨粒子可滲入紙張纖維中并被鑲嵌在小空隙中，同時(shí)NWMPA-3 分子中含有大量的羧基基團(tuán)，有利于油墨的分散，從而增強(qiáng)了紙張的油墨附著力。

圖17 紙張油墨附著力機(jī)理圖Fig.17 Mechanism of ink adhesion on paper

表4 不同施膠劑對(duì)紙張油墨附著力的影響Table 4 Effect of different sizing agents on paper ink adhesion

3 結(jié) 論

以N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）為溶劑，四丁基溴化銨為催化劑，通過(guò)馬來(lái)酸酐（MAH）對(duì)低醇解度的聚乙烯醇（PVA0588）進(jìn)行改性，得到羧基酯化聚乙烯醇（NWMPA），并分析了PVA0588 與MAH 質(zhì)量比對(duì)NWMPA 羥基含量及其分散液穩(wěn)定性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)m（PVA0588）∶m（MAH）=2∶1時(shí)，NWMPA分散液相對(duì)穩(wěn)定，平均粒徑為368 nm、分散性指數(shù)為0.418、穩(wěn)定指數(shù)為3.802，碘值和羧基含量分別為28.55 g（/100 g）、49.65 mmol/L。將3 wt%NWMPA 與4 wt%PVA1799 復(fù)配的施膠劑用于紙張表面施膠，紙張的施膠量為1.975 g/m2，施膠度為26.93 s，接觸角為95.0°，紙張干抗張指數(shù)、濕抗張指數(shù)、耐折度、撕裂指數(shù)、挺度分別為96.3 N·m/g、33.5 N·m/g、79 次、11.95 mN·m2/g、86.3 mN；此時(shí)，紙張表面油墨脫落面積比為4.3%，油墨附著力等級(jí)可達(dá)到合格等級(jí)4B。相比市售施膠劑，PVA1799/NWMPA-3復(fù)配施膠劑的儲(chǔ)存期更長(zhǎng)，施膠效果更好，具有較好的應(yīng)用前景。