纸用硅丙乳液中硅氧烷配方对纸张抗张强度影响的研究

吴盛恩，俞阜东，刘萃莹

（1.国家造纸化学品工程技术研究中心 杭州市化工研究院，浙江 杭州　310014；2.浙江省环境工程有限公司，浙江 杭州　310012）

纸用硅丙乳液中硅氧烷配方对纸张抗张强度影响的研究

吴盛恩1，俞阜东2，刘萃莹1

（1.国家造纸化学品工程技术研究中心 杭州市化工研究院，浙江 杭州310014；2.浙江省环境工程有限公司，浙江 杭州310012）

以不饱和硅氧烷和丙烯酸酯为主要原料，通过乳液聚合的方法，制备纸用硅丙乳液，研究硅氧烷配方对纸张抗张强度的影响。

硅丙乳液；硅氧烷；抗张强度

1　前言

丙烯酸酯聚合物原料来源十分丰富，生产简便，其乳液广泛地用于涂料、胶粘剂、橡胶和树脂抗冲击改性剂等［1］，但存在容易失光、低温韧性较差、透水性较高等缺点［2］；而硅氧烷分子主链Si—O键能高、分子体积大，内聚能密度低，因此具有良好的耐高温性能、疏水性、透气性和耐候性，但其乳液一般需要高温固化，且固化时间长、附着力差［3］。硅丙乳液正是有效地结合了丙烯酸酯和硅氧烷二者的优点，目前已经成功地应用于涂料、胶粘剂和皮革涂饰剂等领域。

我们目前正在研究硅丙乳液在造纸方面的一些应用，意在有效结合丙烯酸酯和硅氧烷各自的优点，借鉴硅丙乳液在涂料、胶粘剂和皮革等领域成功应用的经验，生产出一种能有效改善纸张性能的新型造纸化学品。

2　实验部分

2.1实验原料

苯乙烯（ST），甲基丙烯酸甲酯（MMA），丙烯酸丁酯（BA），乙烯基硅氧烷，十二烷基苯磺酸钠（SDBS），辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10），氢氧化钠（NaOH），碳酸氢钠（NaHCO3），过硫酸铵［（NH4）2S2O8］。

2.2实验工艺

在烧瓶中加入去离子水、SDBS和OP-10，在温度60℃条件下充分搅拌，溶解，缓慢加入预先设定量的单体，并逐步升温至75℃，加入余下的单体和引发剂，反应2 h左右，冷却，过滤，得到本研究用硅丙乳液。

使用合成得到的硅丙乳液在纸张表面涂布，经恒温鼓风阶梯升温至200℃，保持2 h后取出，48 h后测试纸张抗张强度。纸张抗张强度依照ISO 1924-2标准利用FRANK-PTI的卧式纸张抗张仪检测。

2.3硅氧烷配方说明

本文研究了3种硅氧烷共9种不同的配方，主要突出研究硅氧烷配方对纸张抗张强度的影响，具体的硅氧烷含量见表1。

3　结果与分析

表1　硅氧烷配方说明

3.1硅氧烷a各配方对纸张抗张强度的影响

表2显示了硅氧烷a各配方对纸张抗张强度的影响。

表2　硅氧烷a各配方对纸张抗张强度的影响

由表2可见，随着硅氧烷a添加量的增加，纸张的抗张强度呈现了上升的趋势。其各配方的具体趋势见图1。

图1　硅氧烷a各配方对纸张抗张强度的影响

由图1可以清晰发现，随着硅氧烷a添加量的增加（横向增加），纸张的抗张强度呈现了上升的趋势；并且，随着各配方中硅氧烷a添加量的增加（纵向增加），每个点的抗张强度同样呈现了上升的趋势。这说明，硅氧烷a的加入，对纸张抗张强度有积极的影响。

3.2硅氧烷b各配方对纸张抗张强度的影响

表3显示了硅氧烷b各配方对纸张抗张强度的影响。

由表3可见，随着硅氧烷b添加量的增加，纸张抗张强度呈现了上升的趋势。其各配方的具体趋势见图2。

表3　硅氧烷b各配方对纸张抗张强度的影响

图2　硅氧烷b各配方对纸张抗张强度的影响

由图2可见，通过对比各配方硅氧烷b增加的实验结果来看，并不是硅氧烷b含量越高，纸张抗张强度越高，这说明硅氧烷并不是影响纸张抗张强度的唯一因素。

3.3硅氧烷c各配方对纸张抗张强度的影响

表4显示了硅氧烷c各配方对纸张抗张强度的影响。

表4　硅氧烷c各配方对纸张抗张强度的影响

由表4可见，纸张抗张强度随着硅氧烷c添加量的增加，纸张抗张强度呈现了上升的趋势。其各配方的具体趋势见图3。

图3　硅氧烷c各配方对纸张抗张强度的影响

由图3可发现，纸张抗张强度随着硅氧烷c添加量的增加，在达到一个最高点后，稳定在一个相对较高的区间，B配方的纸张抗张强度较A配方高。硅氧烷c的C配方由于硅氧烷本身分子极性比较大，加上分子结构中空间位阻比较小，水解速率较快，导致合成中凝胶几率比较大，合成的产品对纸张抗张强度的影响不稳定，故在此不加入与A和B配方之间的对比分析。

4　结论

（1）硅氧烷的加入，会对纸张抗张强度带来积极的影响效果，但是添加量并不是越多越好。

（2）硅氧烷会影响纸张抗张强度，但不是唯一的影响因素。

（3）不同的硅氧烷、不同的配方之间，给相同纸张所带来的抗张强度的提升效果是不一样的，应该综合考虑合成的成本和难易程度等因素后，调配出一个最适合自身需求的配方。

［1］Gloaguem J M，Heim P，Gaillard P，et al.Plasticity of rubber-toughened poly（methylmethacrylate）：effect of rubber particle size［J］. Polymer，1992，33（22）：4741-4746.

［2］Li H，Zhang Z B，Hu C P，et al.Surface composition and property of film prepared with aqueous dispersion of polyurethaneurea-acrylate including fluorinated block copolymer［J］.Eur Polym J，2004，40（9）：2195-2201.

［3］王智英，胡瑛，邓锐，等.硅丙乳液制备方法及稳定性研究进展

［J］.有机硅材料，2011，25（1）：44-49.

Research in the Effect on the Tensile Strength of Paper of Siloxane Formula in Silicone-acrylic Emulsion

WU Sheng-en1，YU Fu-dong2，LIU Cui-ying1
（1.National Eng&Tech Research Center for Paper Chemicals，Hangzhou Research Institute of Chemical Technology，Hangzhou 310014，China；2.Environmental Engineering Co.，Ltd.Zhejiang Province，Hangzhou 310012，China）

The effect of siloxane formula in silicone-acrylic emulsion on the tensile strength of paper is researched. And the silicone-acrylic emulsion is mainly composed of unsaturated siloxane and acrylate，by way of emulsion polymerization.

silicone-acrylic emulsion；siloxane；tensile strength

TS727+.2

A

1007-2225（2015）04-0017-03

吴盛恩先生（1986-），工程师；主要研究方向：特种纸用化学品；E-mail：524634945@163.com。

2015-05-07（修回）

本文文献格式：吴盛恩，俞阜东，刘萃莹．纸用硅丙乳液中硅氧烷配方对纸张抗张强度影响的研究［J］．造纸化学品，2015，27（4）∶17-19．