板纸用丁苯胶乳中功能单体的引入研究

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摘要：通过研究功能单体的引入，合成出一种性能优越的板纸专用羧基丁苯胶乳，并通过应用实验验证了该胶乳的优良性能。

关键词：功能单体 板纸 丁苯胶乳

1前言

现板纸用丁苯胶乳的合成采用以丁二烯和苯乙烯为主要单体，辅以不饱和羧酸类、腈类、酰胺类等功能单体，采用阴离子与非离子复配的乳化体系和热引发体系进行自由基乳液聚合。本文对功能单体的用量和加入方式进行了研究。

2实验部分

2.1原材料

丁二烯，聚合级，纯度>99.0%；苯乙烯，聚合级，纯度>99.0%；丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、酰胺、烷基醚磺酸盐、烷基酚醚硫酸盐、烷基酚聚氧乙烯醚、分子量调节剂、引发剂、防老剂均为工业品。

2.2 实验方法

实验在带有调速搅拌的10L不锈钢聚合釜中进行。首先，在聚合釜中加入水相，然后加苯乙烯、不饱和羧酸及不饱和腈类功能单体，通过抽真空去除系统中的游离氧后加入丁二烯。开启搅拌并升温到预定值加入引发剂溶液。反应过程中定时取样测聚合转化率，当转化率达到99%以上，加入后添加剂，降温出料。

2.3分析与测试

pH值按SH/T1150-92测定；粘度按SH/T1152-92测定；表面张力按SH/T1156-92测定；门尼粘度按GB/T1232-92测定；絮凝物含量按SH/T1153-92测定；机械稳定性按SH/T1151-92测定；化学稳定性按SH/T1608-95测定。

3结果与讨论

3.1丙烯腈用量的研究

考察了丙烯腈单体用量从0-8%，体系聚合稳定性以及所合成胶乳的性能的变化，实验结果见表1。

表1 丙烯腈单体用量对聚合反应过程及胶乳物性的影响

分析表1可知，随不饱和腈类单体用量增大，聚合反应时间缩短。当丙烯腈单体用量达到8%时，聚合稳定性变差，胶乳的机械稳定性降低。另外考虑丙烯腈单体价格较高，其用量增大有可能造成成本增加，因此控制腈类单体用量在1%-5%范围内为宜。

3.2甲基丙烯酸甲酯用量的研究

甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为功能单体对造纸胶乳的贡献在于提高涂布纸张的光泽度和油墨接受性。本研究选取3%-16%的甲基丙烯酸甲酯取代苯乙烯，考察了其用量对合成胶乳性能的影响，实验结果见表2。

表2 甲基丙烯酸甲酯用量对胶乳物性的影响

分析表2数据可知，随甲基丙烯酸甲酯单体用量增大，聚合反应速度加快，胶乳粒径减小。甲基丙烯酸甲酯作为水溶性单体，随其用量的增大，胶乳表面张力有降低的趋势。而表面张力的降低会造成涂布纸张耐水性降低，因此综合考虑物性和成本因素，控制甲基丙烯酸甲酯单体用量在3%-8%范围内为宜。

3.3酰胺类单体的选择及用量研究

本项研究中主要考察了N-羟甲基丙烯酰胺的加入量对胶乳聚合稳定性及其他物性指标的影响，实验结果见表3。

表3 N-羟甲基丙烯酰胺用量对胶乳物性的影响

分析表3数据可知，随酰胺类单体用量的增大，胶乳粘度明显增大。当其用量超过1.3%后，聚合稳定性降低。酰胺类单体的用量低于0.3%时，对胶乳的应用性能贡献不大，故控制N-羟甲基丙烯酰胺单体用量在0.3%-1.3%范围内。

3.4不饱和羧酸的选择及用量研究

羧基丁苯胶乳中常用的不饱和羧酸主要是丙烯酸（AA），衣康酸（IA），富马酸（FA），马来酸（MA）和甲基丙烯酸（MAA）。考虑到胶乳粒子表面的羧基对胶乳的各项稳定性贡献大，因此选择了丙烯酸及衣康酸。选择羧酸总量为3%，考察了两种羧酸配比对胶乳性能的影响。实验结果见表4。

表4 羧酸配比对胶乳物性的影响

分析表4数据可知，胶乳的机械稳定性在引入IA后稍有提高，聚合稳定性和化学稳定性在本实验范围内均能达到胶乳指标优异的标准。另外，AA在胶乳的应用中对涂布纸张的表面强度贡献大，而IA对胶乳的聚合稳定性和涂料配合物的相容性贡献大，因此结合胶乳的应用性能，选择AA用量为2%，IA用量为1%。

4 结论

通过实验，确定丙烯腈的的最佳用量为1%-5%，二段加料。甲基丙烯酸甲酯最佳用量为3%-8%。N-羟甲基丙烯酰胺最佳用量在0.3%-1.3%。AA用量为2%，IA用量为1%。