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当分散剂聚丙烯酸钠的合成及其应用

发布时间:2021-09-09 12:06:18 阅读: 来源:奖杯厂家

分散剂聚丙烯酸钠的合成及其应用

○ 关键词:分散剂;涂料;聚丙烯酸钠;涂布纸;综合性能低分子量(500~5000)聚丙烯酸钠可以作为涂布纸涂料的有机分散剂,能够提高颜料的细度、分散体系的稳定性,提高纸张的柔软性、强度、光泽、白度、保水性等,且具有可溶于水、不易水解、无毒、无腐蚀性等特点。因此低分子量聚丙烯酸钠在造纸工业越来越受到重视。本文采用溶液聚合方法合成了低分子量聚丙烯酸钠(PA),并将其应用在涂布纸涂料中,获得了良好的分散效果。

1 低分子量聚丙烯酸钠合成

1.1 试剂和仪器

丙烯酸,CP;过硫酸胺,AR;氢氧化钠,CP;丙醇,CP;去离子水。

四口烧瓶;滴液漏斗;乌式粘度计(0.6mm);恒温水浴;干燥箱等。

1.2 实验方法

在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、滴液漏斗的250mL 四口烧瓶中,加入一定量的去离子水和链转移剂丙醇,在不断搅拌下加热至68℃左右,开始滴加单体丙烯酸和引发剂过硫酸胺水溶液(2)具有过载、过流、过压、位移上下限位和紧急停止等保护功能,并在2~3h内将单体和引发剂滴加完毕。之后保温反应2h。反应完毕,改成蒸馏装置,加热蒸出链转移剂以回收利用。当反应物冷却至40~50℃时,逐渐滴加30%的氢氧化钠溶液中和至pH=7~8,得到淡黄色透明粘稠的聚丙烯酸钠溶液。

1.3 影响聚丙烯酸钠分子量的因素

实验发现,反应温度、反应时间、单体浓度对聚合物的分子量有重要影响。聚合温度为68℃时,聚合物的特性粘度出现一个最大值,这是因为但在肯定收缩率时低温下单体转化率低,反应不完全;高于此温度,由于发生大分子断链现象,特性粘度也下降。

当反应进行到5h以前,聚合物的特性粘度增大较快,5h以后,特性粘度变化不大,趋于恒值。这是因为反应初期,单体浓度和引发在投产仪式上剂浓度高,反应速度大,单体转化率增高较快;而反应后期,反应速度降低,转化率基本不变,反应趋于完全。

单体浓度低,聚合速度太慢,反应不完全,分子量降低;单体浓度过大,由于反应太剧烈,反应热不能及时排除,聚合反应很难控制,分子量分布变宽。结果证明,单体浓度占去离子水量的100%~200%范围均可制得低分子量的聚丙烯酸钠。

本方法制备的聚丙烯酸钠的粘均分子量为9800(粘度法测定)。

2 聚丙烯酸钠在涂布纸涂料中的应用

2.1 试剂和仪器

羧基丁苯胶乳(上海高桥化工厂),瓷土,轻质碳酸钙,消泡剂,防腐剂等均为工业品。

GFJ0.4A高速分散机,NDJ-1旋转粘度计,pHS-3C 精密pH计。

涂布纸经超级压光后,按国标GB456、GB8941.3、GB3331、GB12911分别测定平滑度、光操作便利泽度、印刷表面强度和油墨吸收性。

2.2 合成聚丙烯酸钠的分散性能

分别采用合成聚丙烯酸钠(PA)和市售同类产品作分散剂,将瓷土配成固体份50%的溶液,高速分散0.5h后考察对瓷土的分散效果,结果示于图1中。

从图1可以看出,低浓度分散剂(用量小于0.1%)时,分散体系的粘度变化不大。当分散剂用量为0.1%时,分散体系的粘度急剧下降。分散剂用量超过0.16%时,体系的粘度基本不再变化。分散剂对颜料的作用机理主要有两个方面:(1)提高颜料粒子的ζ电位。当把聚丙烯酸钠分散剂加到分散体系中时,可吸附在颜料粒子表面而提高其ζ电位。所加分散剂的量要适度,浓度过大因离子强度增加

图1 聚丙烯酸钠对瓷土分散粘度曲线

会压缩双电层反而引起相反的效果。(2)分散剂吸附在颜料粒子表面形成吸附层,因空间位阻效应而阻止粒子间的絮凝。吸附层要具有一定的厚度才能具有明显作用。当分散剂用量超过0.16%时,颜料表面吸附分散剂基本达到饱和,因此体系分散稳定效果较好。从图1还可看出,本实验合成的有机分散剂比市售同类产品用量少,分散效率高。

2.3 聚丙烯酸钠在涂布纸涂料中的应用

分别采用合成聚丙烯酸钠(PA)和市售同类产品作为分散剂(用量都为颜料的0.3%),按胶粘剂用量为瓷土和轻钙总量的12%来制备涂料(涂料总固含量为65%),涂布后经超级压光制得涂布纸,检测指标见表1。

从表1看出,采用合成聚丙烯酸钠制备的涂布纸与对比样的检测结果比较,前者纸样表面强度、平滑度、光泽度较高,油墨吸收性较低。由于合成聚丙烯酸钠具有分子量适中、分子量分布较窄的特点,将其加入到分散体系中时,能在颜料表面均匀形成吸附层,减小颜料粒子二次絮凝的趋

表1 涂布纸性能指标对比

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