高性能吸水涂布纸涂料配方的开发与涂布工艺研究

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高性能吸水纸属于特种纸的一类,常用于卫生护理、食品包装和医疗用品等领域。高性能吸水涂布纸的性能受到吸水材料、添加助剂、复合工艺和原纸的性质等因素的影响。本文通过溶液聚合法制备丙烯酸高吸水树脂,研究了由三种不同纤维原料抄造而成的原纸对涂布纸吸水性能和机械性能的影响。比较了三种涂布胶黏剂对吸水纸各项物理性能的影响。最后对各项涂布工艺参数进行了系统研究,得到了最优的涂布添加剂和涂布工艺参数。本论文首先研究了溶液聚合法制备聚丙烯酸型高吸水树脂(SAP)的工艺参数。实验得到合成SAP的最佳工艺条件为:丙烯酸单体中和度为90%,引发剂的用量为3.5%(相对于单体用量),交联剂的用量为5%(相对于单体用量),聚合温度为50°C,反应时间为3 h。在此工艺条件下制备的SAP的吸水倍率为301g/g。为研究不同纤维原料抄造而成的原纸对涂布纸吸水性能和机械性能的影响,选取了三种不同的纸浆纤维(针叶木浆、阔叶木浆和非木材纤维原料)进行打浆并抄造成纸。通过在纸张上进行SAP/羧甲基纤维素(CMC)涂布,研究了涂布过程对手抄片吸水性能、物理强度和表面微观形貌的影响。结果表明纸张吸液量和Cobb(60)值随打浆度的增加而降低。三种纤维抄造而成的纸页的抗张指数、湿抗张指数和耐破指数随打浆度的升高而增加,撕裂指数随打浆度增大呈现先增大后减小的趋势。涂布过程能有效的提高纸张的吸水性和物理强度。将制备得到的SAP和SAP/CMC分别配制成涂布液,探讨了涂布助剂CMC、氧化淀粉(OS)和聚乙烯醇(PVA)对涂布液和涂布纸页的物理性能的影响。结果表明,以PVA作为涂布助剂的涂布纸,纸张的Cobb(60)值、吸液量和撕裂指数提升幅度最大。添加OS作为涂布助剂的涂布纸,纸张的抗张指数和耐破指数提高最大。添加CMC作为涂布助剂的涂布纸,纸张的湿抗张指数的提升幅度最大。涂布助剂的加入提高了纸张透气度,降低了纸张平滑度(相对于SAP涂布)。考虑综合效果,选择PVA作为涂布助剂用以提升树脂粘附性以及涂布纸的物理性能最为适合。通过响应面设计分析方法,对表面涂布工艺参数进行了系统研究。研究了涂布液固含量(X1)、PVA配比(X2)、SAP粒径(X3)、涂布量(X4)对涂布纸张的吸液量和Cobb(60)值等指标的影响,并拟合了四个因素对目标参数的二次多项式回归方程。结果表明:四因素对吸液量的交互影响不显著,X1X4交互项对Cobb(60)值、耐破指数和透气度影响均最大,X1X2交互项对抗张指数的影响最大。最佳涂布工艺条件为:涂布液固含量为5.0%,PVA配比为5.0%,SAP粒径为100~120目,涂布量为5.0 g/m2,制备得到的涂布吸水纸的吸液量为3.00 g/g,Cobb(60)值为326.65 g/m2,耐破指数为1.70 k Pa·m2/g,抗张指数为10.83 N·m/g,透气度为16.47μm/(Pa·s)。涂布纸表面SEM图像显示表面涂层铺展均匀,涂料与纤维间结合紧密。
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