改性湿强用pae树脂的性能研究毕业论文(编辑修改稿)

改性湿强用pae树脂的性能研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

大学本科毕业论文 5 第二 、 在组成成分不变的情况下 ， 对传统 PAE 树脂的结构和合成条件进行优化 ， 尝试发掘其新的功能或者使其功能多样化 ； 第三 ， 通过引入廉价化学品对 PAE 树脂进行改性 ， 来降低 PAE 树脂的生产使用成本。 丙烯酰胺改性 PAE 树脂 聚丙烯酰胺（ PAM）是造纸工业中用量很大的一类造纸助剂之一。 由于其分子链上的酰胺基团与纸纤维上的羟基形成大量的氢键缔合，因此能够赋予纸张很好的干拉伸强度 [16]。 但是，一般的非 离子或阴离子留着率低，需要与助流剂共用以增加留着率。 如果 PAM 与阳离子型的 PAE 接枝共聚，使 PAM 大分子带上阳离子电荷，则单独使用也可与带阴离子电荷的纸浆纤维很好的结合，并同时赋予纸张很好的干、湿拉伸强度。 王云芳、刘静 [17]等人利用溶液聚合的方法，使丙烯酰胺单体与不饱和的 PAE树脂接枝共聚。 改性产物呈阳电性能与纸浆纤维很好的结合，并且具有良好的湿拉伸强度的同时还可大幅度的提高纸张的干拉伸强度。 其接枝共聚的机理是由于不饱和的 PAE 上含有不饱和双键，当引发剂过硫酸铵在溶液中受热就会产生自由基，从而引发双键 形成大分子自由基与丙烯酰胺单体接枝共聚，反应机理如下： S2O8S O4C C +2 S O 4C CS O4C CS O 4+ H 2 C CHC O N H C CC H 2S O 4C HC O N H 3C CC H 2S O 4C HC O N H 3+ H 2 C CHC O N H C CHC H 2S O4HCC O N H 3C H 2 C HC O N H 2 图 武汉工程大学本科毕业论文 6 结果表明，用 %的改性聚合物水溶液处理纸浆后，获得一定的湿拉伸强度的同时，其干拉伸强度也提高了 40%。 PAE 分子在与 PAM 长链接枝以后，其协同作用能更好地发挥湿拉伸强度的效果。 苯乙烯改性 PAE 树脂 PAESt 乳液是由苯乙烯和 PAE 树脂接枝共聚制得的，一般应用于瓦楞原纸的抄造中，能够很好的提高瓦楞原纸的环压强度。 苯乙烯的价格低廉，能够有效降低 PAE 树脂单独使用的成本。 利用 PAE 树 脂上的胺基与双键反应对 PAE 接入含乙烯基的疏水侧链，与苯乙烯进行接枝共聚。 苯乙烯与 PAE 的反应如下： R N +C l RH 2 C C H 2C HO HN RC H 2H CC H 2ONC H 2C H O HC H 2 C l+ H2 C CHC O HOR NC H 2C H O HC H 2OCOCHH 2 CH 2 C O C On C H C H 2 + m C H C H 2C H 2C H O HNRH 2 C O C OHCH 2CH 2CC H 2C H O HNRHCn m 图 刘军海、陈均志 [18]研究了接入疏水侧链聚酰胺与环氧氯丙烷反应合成的改性 PAE 树脂与苯乙烯乳液聚合制得纸张增强剂 PAESt，并探讨了反应时间、反应温度、引发剂用量及配料比等影响因素，确定改性 PAESt 的最佳合成条件：反应时间为 6h，反应温度为 60℃ ，引发剂用量为所有单体质量的 %， St 与改性 PAE 的摩尔比为 2:1。 改性 PAESt 较传统 PAE 树脂对纸张的干湿强度都有所提高。 武汉工程大学本科毕业论文 7 聚脲改性 PAE 树脂 PAE 作湿强剂在造纸行业被广泛应用，作为抗水剂因其需在碱性条件下熟化，固含量低而受到限制。 根据高分子设计原理和造纸涂布的实际需要及有关专利 [19],沈一丁 [20]等通过聚脲改性、制备了固含量高、稳定性好的聚脲改性聚酰胺多胺环氧氯丙烷抗水剂，它具有明显的表面抗水作用和增湿强作用，性能和使用效果都优于氨基树脂抗水剂，是一种新型的抗水剂。 与制备 PAE 相同，首先通过脂肪族二元羧酸、如乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、 己二酸、癸二酸等与二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺等多乙烯多胺经缩聚反应生成聚酰胺，然后与尿素完成脱氨化反应后再与环氧氯丙烷反应即可得到聚脲改性聚酰胺多胺环氧氯丙烷树脂，最后调节 pH 值至 3～ 4，以增加产品的稳定性。 由于聚脲改性聚酰胺多胺环氧氯丙烷中含有阳离子基，故可直接与纤维结合，同时环氧基可在中碱性条件下进行交联，故这种阳离子聚丙烯酰胺具有增湿强性，其本身可在纸纤维间形成化学交联，提高其抗水性。 作为抗水剂聚脲改性聚酰胺多胺环氧氯丙烷的主要特点是不需要熟化期，固化迅速，成纸下机后就具有抗湿摩擦效果。 其对 涂料 pH值的适应范围广，可应用于各种胶粘剂的涂料配方中。 适用于含轻质碳酸钙等的高 pH 值的涂料体系，且用量仅为氨基树脂抗水剂的 1/3～ 1/2。 聚脲改性聚酰胺多胺环氧氯丙烷能有效地改善成纸的湿粘附温度、湿耐磨强度及油墨吸收性；提供优良的遮盖性能和纸面光泽度；印刷表面强度明显提高。 具有树脂含量高、水溶性好、稳定性好、使用方便等特点，完全可以取代进口产品用于高浓度气刀或刮刀涂布机上，赋予铜版纸和白纸板优良的湿强度、干强度和抗湿摩擦性能。 它与涂料中胶液和淀粉具有极好的相容性和交联性，不产生增稠、絮凝和起泡等问题，使 涂料具有良好的流动稳定性和化学稳定性，可以直接加入到物料中，且不释放甲醛气体，有利于保护环境。 存放过程中能保持良好的水溶性，有效期达到半年以上。 同时它还具有施胶增效作用，增效剂具有两个最重要的作用，一是分散作用，即可使胶束细小且分散均匀，增加胶的稳定性；二是施胶作用，即本身在中性条件下可先与纤维结合，导致胶的破乳和游离松香的析出。 但增效剂加量过大，则胶料成本高，一般为松香胶的 20%左右为宜。 武汉工程大学本科毕业论文 8 ． 4 羧甲基纤维素（ CMC）改性 PAE 运用羧甲基纤维素对 PAE 树脂，在保持原有的增湿强作用不变的情况下，降低 PAE 树脂使用成本，并赋予 PAE 树脂一定的增强性能，提高 PAE 树脂的使用性能能。 严维博、王建 [21]等人对羧甲基纤维素对 PAE树脂进行了研究，探讨了 PAE树脂改性工艺，并对改性产品进行了傅里叶红外光谱表表征。 研究了改性 PAE树脂对纸张的增强效果及对浆料滤水性能、 ZETA电位的影响。 在加入 CMC对 PAE树脂进行改性的时随着 CMC用量的增加，制得的纸张抗张指数先增大后减小。 这是因为 纸张的抗张指数与纤维间结合力有关，纤维与纤维间主要通过氢键连接。 由于加入 CMC会增加 PAE树脂的羧基数，当改性 PAE树脂加入到 纸浆中时，这些羧基附着在纤维表面会增加纤维与纤维间的氢键数量，因此开始时随着 CMC用量的增大，纸张抗张指数呈明显增加趋势；随后纸张抗张指数又下降是因为当CMC用量加大时，合成的改性 PAE树脂在稀释成溶液使用时容易发生絮聚现象，从而导致改性 PAE树脂溶液不能更好地分散在浆料之中，因此，纸张抗张指数出现明显的下降趋势。 改性 PAE树脂的增湿强性能略优于传统 PAE树脂，增强性能的提高是因为氢键与共价键协同增效作用所产生的；而增湿强性能的略微提高，是由于改性 PAE树脂形成的氢键对水敏感，从而使增湿强性能没有大幅度的改 善。 结果表明，在 PAE树脂成品中引入 9％ 的 CMC为最优改性工艺；在此工艺条件下制备的改性 PAE树脂用量为 %时，浆料的滤水性能最优；在相同用量下(%)，与传统 PAE树脂相比，添加改性 PAE树脂所抄纸张的抗张指数提高约 22％，湿抗张指数提高约 19％ ，耐折度提高约 13％ ，撕裂指数提高约 5％ ，内结合强度提高约 6％。 壳聚糖改性 PAE 树脂 壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基形成的衍生物。 它是一种天然的阳离子生成的高分子线性聚合物，壳聚糖絮凝剂可自身降解，不仅具有与纤维及填料的电中和能力，而且能在各种微 粒之间起到架桥及助流助滤作用，同时还具有抑菌杀菌的作用 [2223]，且溶于水、成膜性好，可作为纸张的湿强剂使用。 但在碱性条件下使用，壳聚糖的增强效果差，且本身易降解，稳定性差，相对分子质量不够大。 武汉工程大学本科毕业论文 9 图 壳聚糖的结构 沈一丁 ,石珞 [24]将壳聚糖 与阳离子聚合物 PAE 进行交联，得到超高分子质量的凝聚剂，在造纸污水处理中具有极佳的凝聚效果，同时产品本身具有良好的贮存稳定性。 将壳聚糖与 PAE 树脂以不同体积比进行交联反应，静置 3～ 4d 后，用甲醛进行轻度交联，得到 pH 值为 ～ 、 固含量为 6%的淡黄透明粘稠液体。 该液体可以与水以任意比例互溶，在室温下半年不分层、不凝胶。 用量范围为 5～15mg/L 内，该高分子质量的絮凝剂能使 CODCr 的去除率大于 60%，因其能够有效地将胶体颗粒像架桥一样连接起来，容易发生絮凝，并使污水中的一些还原性有机物 质有效地沉降下来，从而大大降低了水体的 CODCr 值。 该絮凝剂也能有效用于污水中木素及其他金属离子的脱除。 絮凝不仅与电荷作用有关，而且和本身的长链特性有密切关系，这可用架桥机理解释：长链的高分子一部分被吸附在胶体颗粒的表面上，而另一部分被吸附在另一颗粒表面，并可能有更多的胶体颗粒吸附在一个高分子的长链上，这好像架桥一样将这些胶体颗粒连接起来，从而容易发生絮凝。 絮凝剂的加入量和相对分子质量均有一个最佳范围。 浓度过高 ,胶体的颗粒表面吸附了大量的高分子 ,会在表面形成空间保护层 ,阻止了架桥结构的形成 ,反而比较稳定 ,使得絮凝不易发生，浓度过低 ,则作用点太少 ,难以发生最多的絮凝。 相对分子质量越大 ,其架桥能力亦越好。 但是相对分子质量太大 ,高分子絮凝剂溶解困难 ,运动迟缓 ,达不到有效的絮凝效果。 廉价剂改性 PAE 树脂 虽然 PAE 树脂得到了广泛的应用，但其固含量一般都在 %左右相对较低，且成本较高，从而影响到了它的应用和推广。 因此许多人都致力于研究出一种成本较低、稳定性好的改性剂 PAE。 张国运 [25]等人采用廉价改性剂 M 替换部武汉工程大学本科毕业论文 10 分二乙烯三胺对 PAE 树脂进行过程改性。 分析了单体、单体配比、中间体聚酰胺聚胺与环氧氯丙 烷的摩尔比、温度对改性的影响。 通过对比分析制得的改性PAE 树脂在降低了生产成本的同时，改性 PAE 树脂的主要性能指标达到甚至超过了未改性的 PAE 树脂 [26]。 以已二酸、二乙烯三胺和改性剂 M反应得到 PAE中间体，用环氧氯丙烷进行环氧化后得到改性 PAE树脂。 粘度是衡量 PAE树脂的一个重要的指标， 原料配比对聚酰胺聚胺的粘度有很大影响。 这是因为聚酰胺聚胺的粘度与它的聚合度有关，聚合度越大，粘度也就越大，而聚酰胺聚胺粘度又直接影响到最终产品的性能。 因为聚酰胺聚胺是直链大分子，在一定范围内粘度越高即聚合度越大，环氧氯丙 烷改性 后所含阳电荷和活性基团也就越多，增湿强效果就越好。 所以最终产品对纸张所产生的湿强效果，是随着聚酰胺聚胺粘度增加而增加的。 但聚酰胺聚胺粘度过高则会影响最终产品的稳定性。 降低聚酰胺聚胺的粘度虽然能提高产品的稳定性，但最终产品的湿强效果达不到理想要求，所以在合成过程中要合理控制己二酸、二乙烯三胺和改性剂 M的质量比。 二乙烯三胺和改性剂 M 分子中都含有亚胺基，亚胺基上氮易与环氧氯丙烷发生亲核取代反应，形成阳离子聚酰胺聚胺环氧氯丙烷，同时亦可与交联剂反应，在碱性条件下很快形成交联结构。 在环氧氯丙烷改性聚酰胺聚胺的过程中主要有两种反应。 一种是支化反应，另外就是交联反应。 当反应物的温度较低时主要是支化反应，而温度较高时则主要是交联反应。 在第二步反应过程中若升温速度过快，则支化反应不完全，副产物多，虽然表观粘度很快达到所需值，但湿强效果及贮存稳定性都很差。 反过来若低温时间太长，那么在保温过程中交联反应困难，产品粘度达不到要求。