分散松香胶弱阳离子乳液类分散剂乳化体系优化-齐鲁工业大学

齐鲁工业大学硕士学位论文

ABSTRACT

In this paper, the application and sizing efficiency of cationic rosin sizes were investigated. The influences of the dosages of surfactants including dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride, hexadecyl trimethyl ammonium bromide, sorbitan oleate and nonyl phenol ethoxylate on the character of weakly charged cationic acrylate copolymer emulsifier and consequently on the performance of dispersed rosin size emulsified by the acrylate copolymer emulsifier were investigated by means of orthogonal experiment. A weakly charged cationic acrylate copolymer emulsifier prepared by the optimized formula of surfactants shows good emulsifying and stabilizing effects on melted rosin materials. A weakly charged anionic dispersed rosin size prepared by the weakly charged cationic acrylate copolymer emulsifier displays a high sizing efficiency.

Then the function of glycerin rosin ester in stabilization and sizing development of cationic rosin size were investigated by using conventional sizing measurement, ESEM and XPS.The results show that glycerin rosin ester can significantly reduce the surface carboxyl groups of cationic rosin size, which prevents the aggregation of rosin particles and improves the stability of cationic rosin size. The improvement of the stability of cationic rosin size may enhance its sizing efficiency. However, the reduction of carboxyl groups by glycerin rosin ester lowers the sizing performance of cationic rosin size.

At the same time, the interaction of alum and cationic dispersed rosin size under various conditions and its effect on the rosin sizing development were investigated. The results show that the existence of alum significantly increases the softening and melting points of the cationic dispersed rosin size and improves its distribution while does not prevent the melting and spreading of rosin size on paper surface. Alum also improves the hydrophobicity of rosin size film and promotes the formation of well constructed rosin film during drying. It is the addition level (not the ratio between the alum and rosin size) that is more important to the sizing development of cationic dispersed rosin size.

Keywords: cationic dispersed rosin size; surface sizing; low molecular surfactant;

glycerol rosin ester

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第1章 绪论

纸张主要是由亲水性的纤维素纤维交织而成的网状物，经良好打浆处理的纤维表面含有大量的细纤维，使得纸张具有典型的“微观粗糙”表面，这无疑加剧了纸张的亲水性能。为了适应纸张的疏水性要求，常通过向纸料中加入施胶剂，即通过浆内施胶的方式提高纸张的表观疏水性能，使纸张获得一定的施胶度。纸张浆内施胶剂一般为含有较大疏水基团的两亲性物质，既能通过其亲水基以适当的方式固着和均匀分布于纤维上，又能利用其疏水基团为纸张提供足够的表观疏水性能。目前常用的浆内施胶剂主要包括松香、烷基烯酮二聚体（AKD）和烯基琥珀酸酐（ASA）三大类。

AKD与ASA均为纤维素反应型施胶剂，在纸机干燥部与纤维反应，形成酯键,定位在纤维上，在纤维表面形成疏水层，从而产生施胶效果。AKD施胶具有用量少(0.1%～0.3%)、可在中碱性条件下使用、可用碳酸钙做填料、不易水解、便于运输和贮存等优点。施胶存在的主要问题是乳液在高剪切力作用下，易破乳并且施胶滞后，纸页打滑，施胶费用较高等[1]。

1.1 松香化学简介

松香是松树分泌的黏稠液体经蒸馏而得到的一种天然树脂，主要成分为树脂酸，分子式为C19H29COOH，软化点75℃，熔点95～135℃，在热水中部分被乳化，在汽油、煤油中的溶解性较差，易溶于甲醇、乙醇、氯仿等有机溶剂，可与碳酸钠、氢氧化钠等反应生成松香酸钠或松香酸钾。松香按来源可分为三种类型：即脂松香、木松香和浮油（妥尔油）松香[3,4]。枞酸是松香树脂酸的典型代表，其分子结构如图1.1所示：

图1.1 枞酸型松香的分子结构

由图1.1可知，松香酸分子是一种两性分子，由一个极性羧基和一个三元环组成，具有两个化学反应中心——羧基与双键。其用于浆内施胶基本作用原理为：

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第1章 绪 论

极性部分将松香颗粒固定在纤维上，非极性部分使纤维具有疏水性，从而使纸张产生抗水性。

制备松香时，由于水分、热异构化、未冷却前受振动、制备工艺条件等影响，松香会出现不同程度的结晶。树脂酸的化学组成决定了松香结晶趋势的大小和松香结晶的晶体成分；也决定了松香在冷却过程析出晶体的不同温度[5]。松香这种结晶现象，势必影响松香胶储存稳定性及施胶效果，亟需关注。

1.2 松香施胶剂发展历程

1.2.1 松香酸性施胶

自松香皂胶/硫酸铝施胶体系首次用作浆内施胶剂以来，松香胶浆内施胶已有200多年的历史[6]。松香类施胶剂的发展经历了皂型松香胶，阴离子分散松香胶，阳离子分散松香胶等几个阶段。皂化松香胶施胶pH值一般为4-6[7]，对酸性施胶体系有较强的依赖性[8]。并且施胶时胶料和硫酸铝用量大、施胶效果不理想，促进了对皂化松香的进一步研究，出现了强化松香胶。强化松香胶为经马来酸（酐）或富马酸（酐）改性的松香再皂化所得。强化松香双键打开，同时增加了两个羧基，提高了松香胶的稳定性，硫酸铝用量有所下降，pH值略有升高。

20世纪70年代开发出利用各种乳化剂、分散剂使松香分散于水中的分散松香胶，这种松香游离松香含量很高（95～100%），也称阴离子分散松香胶[9]。与强化松香胶相比，分散松香胶可以降低松香与硫酸铝的用量，克服了夏季施胶度波动的问题，稳定了产品的质量。并且施胶pH值范围更广，在适当的条件下甚至可以实现中性或近中性施胶。 1.2.2 松香中性施胶

酸性松香施胶剂因为价格低廉，来源丰富，容易控制，施胶曲线平滑，与其它施胶助剂兼容性好[10]而得以广泛应用。随着造纸工业的发展，酸性施胶的弊端逐渐暴露出来，中性施胶独特的优点逐渐受到人们的极大关注。可以实现中性施胶的松香胶有阴离子分散松香胶与阳离子分散松香胶。中性施胶成为造纸行业不可逆转的发展趋势[11]。松香中性施胶具有以下优点：

(1) 纸张的性能有较大的改善

酸性抄纸体系易增大纸品的脆性，降低耐久性，并显著降低纸品的耐破度与撕裂度等，不能够满足人们日益增长的物质文化生活的需要。而中性施胶其强度好，柔软感强，白度和不透明度高，耐久性可比酸性抄纸高6～10倍，广泛用于要求永久存放和耐高温用纸及特殊用工业用纸中。

(2) 生产稳定

中性造纸可用资源丰富，可采用廉价而性能优良的CaCO3作为填料，无夏季

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