2种类型的PET树脂:Ev Cot誖PWR和Ev Cot誖P 56, 图1为它们的分子结构式。
2种纸浆:一种是回收的、用于模制品的高填料纸浆;另一种是用于生产包装纸板的硫酸盐原生纸浆。 在碎浆机中将纸浆稀释到质量分数为4%。把化学品预先混合或者单独加入到纸浆中。加入化学品后, 将纸浆稀释至质量分数为0.25%, 在M/K自动抄片机上成型抄片, 得到30.5 cm×30.5 cm的手抄片。上述抄片流程如图2所示。 抄制使用模制品纸浆 (加入PWR) 的手抄片, 将浆料以4%的质量分数放到筛网上直接脱水成型。这些纸页在压力为345 k Pa下压榨, 在转鼓烘缸上干燥, 烘缸表面温度为120℃。纸页随着烘缸旋转1周后, 放到125℃的鼓风烘箱内10 min。 所有纸页在测试物理性质前都经过TAPPI标准环境处理。
浆料质量分数为4%, 其电荷和pH在加入化学品前、后都要进行测试。分别采用Hemtrac ECA 2000P电动电荷分析仪和VWR Scientific 8005型pH计测量。 PET的分散液用Ross-ME 100LC搅拌机制得。溶液的电荷、粒径以及黏度分别用Hemtrac电荷分析仪、Hemtrac HORIBA LA-910激光散射粒径分析仪和Brookfield Model-RVT黏度计测量。 抗张强度、环压强度和短时压缩 (SCT) 强度分别用QC-1000抗张强度测试仪、No.17-71压缩测试仪和K 455短时压缩测试仪测试。吸水测试是将纸张的一端浸入水中, 观察30 min后水沿着纸条向上迁移的距离。按照TAPPI标准T 441-om-90测试Cobb (30 min) 值。所有测试条件均符合TAPPI标准条件。 一些研究报道, 将松香与矾土溶液 (或者纯液) 进行预反应, 然后再将混合物加入浆料, 可以提高施胶效果。水分散PET象松香一样带有阴电荷。这种预混合方法能否提高它们的施胶效率或者拓宽它们的p H应用范围呢?
本实验采用2种PET, 一种是阴离子、高疏水性的共聚物 (PWR) , 另一种是阴离子、轻微疏水性的共聚物 (P 56) ;同时使用2种类型的纸浆用来研究这种预混合技术。这项研究的第1部分, 在回收纸浆中使用PWR, 重点关注施胶性能。第2部分, 在硫酸盐原生纸浆中使用P 56, 评价纸张的湿强性能 (尤其是湿撕裂强度) 。实验结果均显示, 上述2种情况, 即宽的p H范围和预混合都有利于PET在湿部的应用。 使用PWR的实验采用回收纸浆, 是非常脏而且含有大量碳酸钙填料的纸浆。工厂用这种纸浆在p H=5的条件下生产抗水的模制品;耗用了非常大量的酸, 将p H从7~8降低至5;这样使模制品的强度受到了损失。为了解决这一问题, 试验了不同的方法:使用PET聚合物, 并且在中碱性条件下将施胶剂组分进行预混合。将实验结果与酸性条件下的结果进行对比。表1和表2分别列出了浆料的配制流程和性质, 以及各样品Cobb值和吸水性的测试结果。 由表2看出, PWR能明显提高模型纸的抗水性 (施胶性) , 尤其是在中性到弱碱性条件下 (将样品7与样品1和3比较) 。证实了PWR和松香施胶剂在酸性条件下施胶效果仍然是最好的 (样品5) 。即使如此, 采用新的流程[将PWR与松香预混合, 然后再与矾土混合, 之后再加入到浆料中 (样品7) ], 施胶效率得到明显提高, 结果几乎可以与酸性条件下的相媲美。
在酸性 (尤其pH=5) 条件下, 松香和PWR的施胶效果比在碱性条件下好, 这是由于矾土具有Al8 (OH) 204+结构, 带有非常强的阳电荷。施胶效率的提高是由于松香或者PWR与矾土反应, 直接形成了碳-铝络合物。这种络合结构不仅可以避免矾土的水解, 而且将松香或PWR的电性从阴性转为阳性, 见表3。
这使得松香或PWR能够保留在阴电性的纤维上。将PWR、松香和矾土进行预混合 (样品7) 的施胶效果, 比松香和矾土预混合、再加入PWR (样品6) 略好一点儿。这是由于PWR首先与松香反应, 然后形成的络合物再与矾土反应, 形成一种新的络合物, 具有更高的相对分子质量, 也更易于保留。图3的粒径分布图可以清楚地表明这一点。
2.2 使用P 56的实验
使用P 56的实验是从一家酸工厂取来的硫酸盐原生纸浆, 是用来制造包装纸板的。研究的目的就是提高产品的湿撕裂强度。通过评价Ev Cot誖P56和松香以及矾土来实现。表4和表5分别列出了浆料的制备流程、性质, 以及产品的主要性能指标。
由表5可见, 使用PET并且在湿部进行预混合时, 环压强度、短时压缩强度 (STFI) 和抗张强度等指标得到提高;但湿撕裂强度并没有有效地提高。与传统的施胶工艺比较, 在弱酸性条件下, 使用PET, 并且将松香或P 56与矾土预混合, 纸页的抗水性也能得到提高。表6显示了PET形成新的络合物后对电性和黏度的影响。 由表6可见, 与前面的PWR实验结果几乎相同。将P 56依次与松香、矾土预混合, 电性变成阳性, 并形成了一种新的络合物。
表6 使用P 56时的1.0%混合溶液的性质
将P 56依次与矾土、松香预混合, 混合物的粒径分布与松香和矾土它们自己的粒径分布几乎相同, 并且与P 56依次与松香、矾土预混合的粒径分布完全不同 (图4) 。这表明形成了一种不同的络合物。 研究和评价了新型PET树脂与松香一起使用, 作为在酸性和中碱性条件下的湿部施胶剂。结果显示, 一种高疏水性的共聚物和松香是适合模制品的好的施胶剂, 这些从抗水性测试结果可以看出。在中碱性条件下, 与常规的施胶工艺比较, 预混合工艺可以明显提高施胶效果。使用PWR的纸张可以提高施胶效果, 使用轻微疏水性的共聚物可以提高物理性能。施胶效果与酸性条件下基本相当。这是由于PET或者松香与矾土发生反应, 形成碳-铝络合物所引起的。这种络合物不仅延缓矾土的水解, 而且还促使PET或松香的电性由阴性转为阳性。另外, 还发现纸张的成形在酸性条件下对PET更有利, 这是由于酸有利于降低系统的负电荷水平, 并且增加PET/树脂的保留率。
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