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高分子乳化剂对AKD乳化性能的研究

发布日期:2015-06-03 17:55:28
有机概念图中有机化合物的有机性,即0值,是按烷基对化合物沸点影响数 值的大小确定的。为简化计算,规定在有机化合物,无论碳原子与何种原子联结, 不管联结方式如何,每个碳原子的有机性值为20。
有机化合物无机性I值的确定是建立在比较取代基对沸点影响大小的基础之 上的,由于取代基种类繁多,而且连接方式复杂,具体的取代基的无机值数值己 经被计算出,需要的时候可以直接查表。
有机概念图中定义Aa线,想获得好的0/W乳液,应使乳化剂分布均匀,并 向A线成倍地靠拢,并且要求距离远近不同的小分子乳化剂配合乳化。A线是(90 。-油的角度)X2/3+油的角度。
传统乳化剂的选择是以HLB值为依据的,乳化剂的HLB值和被乳化的油相 的HLB值应尽量接近,才能取得比较好的乳化效果。但是由于HLB值得计算复 杂,限制了 HLB值的应用。有机概念图的理论也可以用在乳化剂的选择上,即 乳化剂的Aa线要和被乳化的油相的Aa线成倍的靠近。并且,有机概念图中的I/O, 可以和HLB值联系起来,即I/O=HLB*10。本实验中的相关物质的0值、I值、 油角和Aa线的值经计算已经列入表冬3。
表《聚合物单体和AKD的0值、I值、油角和Aa计算值 Tab. 4*3 0 value,夏 value, the oil anglef and Aa Line of monomer and AKD
组分I值0值a
AKD72018714.55
苯乙烯160176
丙烯酸十八酯4208712
丙烯酰胺6013766
二甲基二烯丙基氯 化铵20041034
以有机概念图为理论指导,本实验设计一系列不同的单体配比,计算了不同 单体配比下的聚合物的I/O值,并推算了聚合物的HLB值,合成具有不同HLB 值的高分子了乳化剂,这些乳化剂的a角线在AKD的Aa线值的附近,探讨聚 合物乳化剂的HLB值和a油角对AKD乳化性能的影响。实验设计见表4*4。
计算公式如下:聚合物的0值(4-6)
聚合物的I值=[(/轉的无机值轉的摩尔分数)(4-7)
聚合物的HLB值合物无机值(4-8)
/ u聚合物有机值
表4>4不同单体配比下聚合物的I/O值及HLB值 Tab. 4-41/0 values and HLB values of polymers with different monomer ratio
单1234567
苯乙烯0.20.150.150.10.100
丙烯酸十八酯0.20.20.150.10.10.20.15
丙烯酰胺0.20.350.30.20.30.350.4
二甲基二烯丙
基氯化铵0.40.30.40.40.450.50.5
聚合物I/O值1.19951.2971.4011.5101.6021.6921.796
聚合物的a值50.1852.2354.5156.5758.0359.4160.49
聚合物HLB
值12131415161718
注:OP-10和1631的用童为4%,引发剂用量2%,其中过硫酸铵:偶氮_1异丁腈为5: 1 通过单体配比下聚合物的I/O值可以看出,随着HLB值的增大,亲水性单体 的比例也在增大。聚合物的a随着增大,并且愈来愈趋近AKD蜡粉的A线角度 -■64.85。
4.3.2.2不同HLB值的聚合物的表征及其乳化AKD的施胶度
由表4-5可以看出:当聚合物高分子乳化剂的HLB值为17时,此时聚合物 的a角度为59.41°,接近于AKD的A线角度,对AKD的乳化性能最佳。虽然 HLB为18的聚合物a角更接近AKD的A线角度(64.85° ),但由于乳液的亲水 基团…丙烯酰胺和二甲基二烯丙基单体比例过大,这些单体的聚合物粘度非常大 大,导致乳液聚合过程搅拌难度增大,乳液聚合产物粘度很大,影响了对AKD 蜡粉的乳化性能。实验选用疏水链较长的丙烯酸十八酯为单体,其疏水基团与 AKD的长链烷基具有相似结构,当聚合物乳化剂乳化AKD时,亲水性的基团伸 展在水相中,而丙烯酸十八酯疏水长链与AKD油滴具有很好的相溶性。二甲基 二烯丙基氯化铵作为一种阳离子功能性单体,其聚合物聚二甲基二烯丙基氯化铵 在造纸中常作为AKD乳液的施胶促进剂,通过聚合把这种单体镶嵌到聚合物分 子中,不仅提高了乳液的阳电荷密度,而且AKD乳液具有自熟化施胶促进作用
表4»5不同HLB值的聚合物的表征及其乳化AKD的施胶度 Tab. 4-5 Characterization of polymer and sizing degree
聚合物的 HLB粒径
/nmZeta电位 /+mV粘度 /mPa • s施胶度
/$
12137214516
1314023.74011.5
1435924.1433
1520316.64824
1613713.65734
1715628.15154
1817429.754212
注:m乳化期:mAi〇i:i〇
4.3.2.3高分子乳化剂用量对施胶效果的影响
表4*6聚合物高分子乳化剂用童对AKD乳液性能的影响 Tab. 4-6 Effect of dosage of emulsifier on AKD sizing
乳化剂用量粒径/nmZeta 电位/mV粘度/mPa • s施胶度/s
2%1240241233
4%111225.71965
8%108126.32163
12%1459272852
16%168427.43049
20%173428.14737
注:AKD用量:0.2%,高分子乳化剂的HLB=17
由表4>6可以看出,随着高分子聚合物乳化剂用量的增大,所得AKD乳液 的粒径逐步减小。当聚合物乳化剂存在时,在高剪切搅拌作用下,AKD形成许多 油性珠滴,在AKD的油性珠滴表面吸附上一层聚合物乳化剂,其结构中的长链 疏水基团伸向AKD珠滴内部,亲水性的酰胺基团和季铵盐基团则溶解在水相。 由于高分子聚合物中含有季铵盐带有阳电荷,使得AKD的珠滴表面带有正电荷,
由于珠滴之间的静电斥力形成了稳定的AKD乳状液。乳化剂用量越 更大的比表面积,因而所得AKD乳液粒径越小。由于自制高分子聚 也具有较大的粘度,因而用量越大,AKD乳液的粘度越大。由表4_6 乳化剂用量为8%时,AKD乳液施胶性能和粒径及电位均达到较佳的 4.3.2.4聚合物乳化型AKD乳液熟化时间考察
熟化快的特 :聚合物,考
多,易形成 合物乳化剂 可以看出当 状态。
L化的AKD 庄纸页自然 !。当 HLB
。这一点正
这是因为聚 作为AKD 为高分子乳 汗维表面留
图4^6聚合物乳化型AKD乳液熟化时间考察 Fig. 4-6 Effect of aging timer on AKD sizing 注:乳化剂用量为AKD的8%, AKD用量:0.2%
从图4>6可以看出,随着熟化时间的增加,各种HLB值聚合物所孕 乳液的施胶度都有不同程度的增加。经自制AKD乳液施胶的纸页,: 风干后就具有很好的抗水效果,这明显优于传统AKD乳液的施胶效I 值为17时,高分子乳化剂乳化的AKD乳液施胶效果和熟化速率最髙 好验证了文献所报道的AKD乳化剂的最佳HLB值在16-19之间[51]。
由高分子聚合物乳化剂乳化的AKD施胶剂,施胶纸页在自然风: 很好的施胶效果,这一点与传统的AKD施胶剂施胶滞后明显不同。j 合物单体中含有功能性的阳离子单体二甲基二烯丙基氯化铵,它本身 的熟化剂,用于促进AKD的熟化速度。本实验将这种阳离子单体作: 化剂的聚合单体,由于带有高密度的阳电荷,更有益于AKI 着,提高纸页的抗水性能。
由以上实验可以发现自制高分子乳化剂乳化的AKD施胶剂具有 点,依据表44中所设计的不同HLB值得聚合物的单体配比合成相应 察不同HLB值得聚合物乳化型AKD乳液的熟化速率。