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常见胶黏剂类型及其用途

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:低于上述相对分子质量的聚丙烯酰胺,可作为分散剂,改善纸页抄造匀度,高者可作为造纸废水处理用絮凝剂。一是用作纸张施胶剂;二是用作涂布纸颜料的黏合剂。此外,还可用于与造纸工业紧密相关的纸与纸板加工用黏合剂等。用于纸张表面施胶剂的PVA,一般选用聚合度为1700左右、基本达到完全醇解的牌号。

常见胶黏剂类型及其用途

1.天然水溶性高分子

天然水溶性高分子以植物动物为原料,通过物理或物理化学的方法提取而得。许多天然水溶性高分子一直是造纸助剂的重要组分,如常见的有表面施胶剂、天然淀粉、植物胶、动物胶(干酪素)、甲壳质以及海藻酸的水溶性衍生物等。

2.半合成水溶性高分子

这类高分子材料是由上述天然物质经化学改性而得。用于造纸工业中主要有两类:改性纤维素(如羧甲基纤维素)和改性淀粉(如阳离子淀粉)。

3.合成水溶性高分子

此类高分子的应用最为广泛,特别是其分子结构设计十分灵活的优势可以较好地满足造纸生产环境多变及造纸工业发展的要求。

(1)丙烯酰胺(PAM)

凡含有50%以上丙烯酰胺单体的聚合物,泛称聚丙烯酰胺,它们是一种线型水溶性高分子,在造纸工业领域应用广泛。

相对分子量100万~500万的聚丙烯酰胺产品,其主要应用做纸张的增强剂和造纸用助留剂和助滤剂。低于上述相对分子质量的聚丙烯酰胺,可作为分散剂,改善纸页抄造匀度,高者可作为造纸废水处理絮凝剂

聚丙烯酰胺本身中性,几乎不被纸浆吸附,需要在其结构中导入一个电性基团。视电性基团的类型不同,聚丙烯酰胺有阴离子、阳离子、两性离子产品等。

①阴离子聚丙烯酰胺(APAM)

导入羧基时获得阴离子聚丙烯酰胺。由于与纸浆纤维上负电性相斥,必须加入造纸矾土作为阳离子促进剂。这种应用麻烦且无法实现中性抄纸技术带来的经济效益。国外造纸工业20世纪90年代APAM的应用比例,已由60%下降到30%,阳离子聚丙烯酰胺由20%上升到了50%以上。

②阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)

CPAM的制备,是以丙烯酰胺为主要单体,与其他阳离子单体共聚,因其分子结构、电荷分布、相对分子质量易于控制而被越来越多地加以采用。阳离子聚丙烯酰胺可以在广泛的pH范围内直接吸附在纸浆上。

③两性聚丙烯酰胺(CPAM)

两性聚丙烯酰胺分子中既有阳离子基团,又有阴离子基团,其增强和助留、助滤作用,优于单独使用阳离子型高分子,更优于阴离子型高分子。

考虑到上述离子型聚丙烯酰胺仍为线型高分子,在与纤维结合程度上以及抵抗白水溶盐影响方面仍有不如人意之处,人们正试图设计、制备支链型乃至立体型聚丙烯酰胺水溶性高分子。

(2)聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)

PAE的制备分两步,第一步是合成聚酰胺,第二步是在此基础上引入环氧基。第一步合成的聚酰胺分子中含有阳离子基团,能与纤维素形成静电结合,而第二步引入的环氧基具有进一步的反应性能,因此PAE是反应型的水溶高分子材料,并且具备了纸张湿强剂必须具有的四个特性,即高分子、水溶性的、阳离子型、形成化学网络结构,反应为热固型。(www.xing528.com)

PAE作为一种重要的湿强剂,属于含有氯的高分子材料,不利于环保

(3)聚乙烯亚胺(PEI)

作为水溶性高分子,PEI直接加入浆料中,相对而言,PAE提供的纸张湿强度要比PEI提供的低一些。PEI是目前阳离子密度最高的聚合物,具有高密度的伯、仲、叔胺官能团,胺基能与羟基反应生成氢键,胺基能与羧基反应生成离子键,胺基也能与碳酰基反应生成共价键。同时,由于具有极性基团(胺基)和疏水基(乙烯基)构造,能够与不同的物质相结合。利用这些综合结合力,可广泛应用于接着AC剂。

(4)聚氧化乙烯(PEO)

PEO是环氧乙烷经多相催化,通过阴离子开环聚合而成的水溶性高分子,与聚乙二醇(PEG)在结构上相同,以相对分子量大小区分,两万以下为聚乙二醇,两万以上为聚氧化乙烯。

PEO在造纸工业中最主要的用途,是用作纸浆长纤维分散剂,还可用作助留助滤剂、水溶性功能纸黏合剂;还是某些合成纤维、玻璃纤维及聚烯烃专用纸制备的组方之一。

与上述水溶性高分子不同的是,PEO是一种非离子型高分子,当用作助留助滤剂时,对木素含量较少的化学浆而言,其留着率显得不稳定,应考虑同时加入PEO活性助剂,如酚醛树脂硫酸盐浆木素等,以提高助留助滤的效果。

用作长纤维分散剂的PEO,相对分子质量范围为250万~300万,其伸展的高分子结构,阻止了纤维表面的相互接近,同时能提高纸料悬浮体的黏度。

(5)聚乙烯醇(PVA)

聚乙烯醇由聚醋酸乙烯经干法工艺碱性醇解而得。聚乙烯醇具有优越的成膜性能和黏接强度,在造纸工业中主要有两方面的应用。一是用作纸张施胶剂;二是用作涂布纸颜料的黏合剂。此外,还可用于与造纸工业紧密相关的纸与纸板加工用黏合剂等。

用于纸张表面施胶剂的PVA,一般选用聚合度为1700左右、基本达到完全醇解的牌号。用于颜料黏合剂时,PVA聚合度越高,则涂布纸表面强度越高,但涂料流动性变差;醇解度越高,纸张涂布层的抗油、抗溶性越好,但涂料流动性也会下降。为此可将PVA与合成胶乳复配使用,或对PVA专门进行改性以适应高速涂布机的生产要求。

聚乙烯醇在结构单元中含有羟基,能与气相法二氧化硅或氧化铝及其水合物的表面羟基形成氢键作用,结合交联剂形成包含无机颗粒的三维网络结构,这种无机—有机复合微粒具有足够的强度和高孔隙,既可通过孔隙的毛细作用快速吸收墨水,又不发生三维网络的溶解或湿强度过低的弊病。

聚乙烯醇可以是完全醇解(又称皂化)或部分醇解的,聚合度500~5000。聚合度越高,对无机颗粒的黏结能力就越高,但相应涂布液的黏度会上升。微孔型结构由于希望在保持一定涂层强度和抗龟裂性的前提下尽可能提高孔隙率,因此多选用高分子量的聚乙烯醇,如聚合度3500、4000甚至4500,国产高聚合度聚乙烯醇目前很少,仅四川维尼纶厂生产3500聚合度的牌号,进口日本可乐丽、合成化学,J&P有相应的产品,但售价明显高于中等聚合度的聚乙烯醇。

阳离子改性的聚乙烯醇是主链或侧链含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或季氨基的聚乙烯醇。通过醋酸乙烯与含阳离子基团的单体共聚后醇解制备,阳离子结构单元占0.2~5.0mol%。此类单体具体实例有甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基-甲基咪唑等。由于喷墨涂布液体系基本被设计成阳离子性,阳离子改性的聚乙烯醇在与体系的相容性方面有独特优势。另外,分子链中含有的阳离子基团也是染料的固着点。

(6)聚丙烯酸及其共聚物(PAA)

作为高吸水性树脂,聚丙烯酸钠在造纸涂布用颜料分散剂以及表面施胶剂方面的开发和利用,正成为新的课题。

(7)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)

PVP分子中既有亲水基团也有亲油基团,喷墨染料分子含有较多的磺酸基、羧基,具有很强的亲水性。聚乙烯醇分子链功能基团由羟基和很少量未醇解的醋酸酯基团构成,对染料分子的作用力以氢键为主,因此以聚乙烯醇为主成膜物的吸墨层在墨滴干燥过程中与水竞争吸附染料基本无优势,染料墨随墨滴下渗在整个吸墨层纵向均匀分布。聚乙烯吡咯烷酮分子链含有内酰胺环(Lactam Ring),N-π共轭功能团对染料分子共轭体系有较强的分子间范德华力,因此以聚乙烯吡咯烷酮为主成膜物的吸墨层在墨滴下渗过程中染料被优先吸附在分子链上,被吸附的染料分子凝集效应进一步造成染料墨停留在吸墨层的最表层。

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