紙張涂布分散劑 低分子量聚丙烯酸鈉

1、紙張涂布分散劑 低分子量聚丙烯酸鈉紙張涂布分散劑-低分子量聚丙烯酸鈉2010-04-26 10：28 1前言隨著高濃度涂布機(jī)的引進(jìn)和銅版紙的發(fā)展，對(duì)分散劑的需求量越來越大，分散劑是涂料組分中很微妙的部分，涂料制備的第一步是將顏料顆粒懸浮于水中，但顆粒由于范德華引力而集聚，所以必須使之分散，但無機(jī)分散劑使用中有很多缺點(diǎn)，如分散液固含量相對(duì)較低，易水解引起顏料絮聚，分散時(shí)效穩(wěn)定性差等，因而更加體現(xiàn)出了有機(jī)分散劑的優(yōu)越性。低分子量聚丙烯酸鈉作為造紙工業(yè)的有機(jī)分散劑，與大多數(shù)顏料可得低粘度和高固含量的涂料，能提高顏料的細(xì)度，分散體系的穩(wěn)定性，提高紙張的柔軟性、強(qiáng)度、白度、保水性等，且具有可溶于水，不易

2、水解，不易燃，無毒、無腐蝕等特點(diǎn)，是造紙工業(yè)很有發(fā)展前途的一種分散劑。該分散劑可單獨(dú)或與無機(jī)磷酸鹽分散劑復(fù)配使用。實(shí)驗(yàn)證明，組合使用較單獨(dú)使用效果更好。另外，它對(duì)高嶺土、硫酸鋇、碳酸鈣及其混合體有良好的分散效果。2分散劑的分散機(jī)理分散劑作用于顏料粒子的過程是一化學(xué)過程。首先，分散劑溶解于水中產(chǎn)生電離，且電離程度大，形成一個(gè)大的陰離子和等量異種電荷的小陽離子。該正負(fù)離子牢牢地吸附在顏料粒子表面，使離子帶有相同的電荷。帶相反電荷的離子自由擴(kuò)散到周圍液體介質(zhì)中，形成一個(gè)帶電離子的擴(kuò)散層，即雙電層。自顏料表面至擴(kuò)散層最遠(yuǎn)處(即帶相反電荷為零的地方)的兩層離子間電位差為zeta電位，由于帶相同電荷的離子

3、互相排斥，形成靜電斥力，可防止顏料在水性介質(zhì)中絮凝，從而達(dá)到分散的目的。在有電斥力的情況下，分散劑必須具有高的電離性質(zhì)。電離程度越大，顏料粒子表面吸附離子的親和力越大，則分散作用越有效。聚電解質(zhì)是具有這類離子活性的理想物質(zhì)。聚電解質(zhì)的特征是具有一個(gè)大離子的骨架(一個(gè)單個(gè)的大離子，具有許多相似的帶電基團(tuán)，通過化學(xué)鍵連接)和一個(gè)當(dāng)量數(shù)小且獨(dú)立的電荷相反的平衡離子。具有代表性的聚電解質(zhì)是聚丙烯酸鈉。如果分散劑用量恰好能把顏料粒子用同種電荷間的斥力隔離開來，就達(dá)最佳分散狀態(tài)。當(dāng)分散劑用量少時(shí)，沒被分散劑包裹的顆粒由于電性吸引而附聚，并產(chǎn)生沉淀。當(dāng)分散劑用量過大時(shí)，過量的分散劑會(huì)破壞巳形成的雙電層，引起

4、電荷不平衡分布而產(chǎn)生沉淀。由此可見，必須選用最佳的分散劑用量。3有機(jī)分散劑性能3.1有機(jī)分散劑與無機(jī)分散劑的不同有機(jī)分散劑不同于聚磷酸鈉無機(jī)分散劑(這是一種常用的無機(jī)分散劑)，其分子結(jié)構(gòu)差別很大從分子結(jié)構(gòu)上看，聚丙烯酸鈉是線型高分子電解質(zhì)，其主鏈碳一碳鍵是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而聚磷酸鹽的磷一氧鍵是一種易水解的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，尤其在堿性介質(zhì)或者高熱(40)條件下將發(fā)生水解而引起分散劑失效，導(dǎo)致分散液粘度上升。這點(diǎn)在碳酸鈣顏料分散體中尤為明顯。實(shí)驗(yàn)證明，無機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑的分散效果接近，即在最佳分散劑用量時(shí)顏料粘度相近，但是，無機(jī)分散劑用量明顯高于有機(jī)分散劑，有人認(rèn)為這與兩種物質(zhì)的離子性強(qiáng)弱有關(guān)。聚磷酸鈉

5、屬無機(jī)化合物，陰離子水化作用比較強(qiáng)，在顏料顆粒的吸附和解吸平衡上解吸/吸附=k的系數(shù)要大于聚丙烯酸根離子，換言之，溶液中有較多的解吸的六偏磷酸根離子，所以要占據(jù)相同面積或者說達(dá)到相同的粘度需加入總分散劑用量就要提高。3.2有機(jī)分散劑對(duì)顏料的作用以瓷土為例，瓷土是一種六邊扁狀結(jié)構(gòu)，其每個(gè)顆粒表面和邊緣帶有不同的電荷，表面呈負(fù)電性，邊緣為正電性，兩種不同的電荷相互作用，導(dǎo)致絮凝。有機(jī)分散劑的加入，不僅中和這部分正電荷，而且由于有機(jī)分散劑對(duì)瓷土的吸附作用，轉(zhuǎn)變了邊緣處電荷極性，但是仍有一些酸基呈游離狀態(tài)，這樣邊緣上的電荷變成普通的負(fù)電荷。負(fù)電荷的增加增強(qiáng)了顆粒間的排斥作用，從而使其保持一定的距離，不

6、會(huì)附著、絮聚和沉淀，而是形成穩(wěn)定的分散體系。33最佳用量的確定確定有機(jī)分散劑的最佳用量不僅是經(jīng)濟(jì)上的問題，更重要的是顏料分散體的性能。分散劑不足時(shí)，顏料分散液粘度高，分散體不穩(wěn)定；分散劑過量，改變了分散液的離子環(huán)境，引起粘度增高。一般來說，瓷土分散劑用量為o25%左右，碳酸鈣顏料則根據(jù)制造方法不同用量有所不同，如研磨碳酸鈣顏料(2m以下45%)在o 1%-o15%，如改用聚磷酸鹽則用量o55%；如顏料用沉淀碳酸鈣則至少多用50%的分散劑。4聚丙烯酸鈉的合成研究進(jìn)展聚丙烯酸鈉用途廣泛，但它的用途與其分子量大小有很大關(guān)系。其中分子量在5005000的低分子量paana主要起分散作用，特別是分子量在

7、2000：3000的paana在造紙工業(yè)中能降低高濃涂料的粘度，使之有良好的流變性。paana的合成方法主要有以下幾種：(1)聚合法：先用丙烯酸和燒堿反應(yīng)生成丙烯酸單體，再在引發(fā)劑引發(fā)下聚合成聚丙烯酸鈉。(2)中和法：先將丙烯酸在引發(fā)劑作用下聚合成聚丙烯酸，然后將聚丙烯酸與燒堿中和成聚丙烯酸鈉。(3)皂化法：先由丙烯酸與甲醇反應(yīng)生成丙烯酸甲酯，在引發(fā)劑作用下聚合為聚丙烯酸甲酯，聚丙烯酸甲酯懸浮液和乳膠在苛性鈉水溶液中加熱制得聚丙烯酸鈉。低分子量聚丙烯酸鈉制備多采用聚合法。國外有機(jī)分散劑產(chǎn)品的分散性能最好的為美國大洋公司的產(chǎn)品sn一50406。近年來，國內(nèi)有機(jī)分散劑的開發(fā)應(yīng)用比較活躍，其中北京的

8、dc分散劑，上海的yh分散劑為開發(fā)的較成功的產(chǎn)品。yh分散劑采用的工藝是：自由基水溶液聚合，異丙醇作鏈轉(zhuǎn)移劑，過硫酸銨作引發(fā)劑，引發(fā)游離基型的聚合反應(yīng)，固含量為30%38%，分散性能良好，但固含量太低，生產(chǎn)成本高。dc分散劑采用的工藝是：聚合、蒸餾(除去鏈轉(zhuǎn)移劑和水的混合物)、中和，其固含量雖達(dá)要求，但生產(chǎn)周期長，成本高。上述傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝需用單體量24倍的異丙醇作鏈轉(zhuǎn)移劑，設(shè)備的利用率低，能耗較高，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。因此，有人通過研究6,7影響聚丙烯酸鈉分子量的各種因素，使用脂肪酸鹽等助劑，采用分步聚合的新工藝合成了分子量500700，10001500和：z0003000的低分子量paana。此法取消了原有工藝使用的異丙醇，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本。合成的paana不僅分子量較低，而且分子量分布較窄，分散性良好，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明其分散效果優(yōu)于分散劑dc，與進(jìn)口產(chǎn)品sn一5040相當(dāng)。鑒于特低分子量(500700)的產(chǎn)品在涂布中的應(yīng)用幾乎未見報(bào)道，故該方法的提出意義重大。5結(jié)