试析纸张氟碳防油剂的合成及应用研究

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1、广西大学博士学位论文纸张氟碳防油剂的合成及应用研究姓名：朱红祥申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：王双飞20070914纸张氟碳防油剂的合成及应用研究摘要纸质包装材料易降解，也方便再次回收利用，所以被认为是不易对环境造成污染的绿色环保材料。但由于天然纸张纤维容易被油或水等液体渗透，所以需要进行防油防水处理，以满足相关包装材料的要求。本论文研究的目标就是开发制备高性能的纸张氟碳防油剂，并对其应用工艺及其与纤维的吸附机理进行研究。通过对氟碳丙烯酸酯单体进行乳液聚合的单因素实验，探讨了各因素对乳液转化率、稳定性等性能的影响，为后续优化乳液聚合的条件提供依据。在考察不同反应条件对

2、聚合过程的影响时，发现乳液先用超声波辐照反应1小时后，再用微波辐照反应1小时，制备的乳液有较好的稳定性和较高的转化率。在采用核壳乳液聚合工艺合成外层氟含量相对较丰富的氟碳纸张防油剂时，探讨研究了不同方法及不同单体进行核壳乳液的合成工艺。实验结果表明：以FA氟单体为核壳第二阶段聚合的原料，采用间歇法合成的核壳乳液氟单体的转化率高、机械稳定性好、平均粒径小；通过X射线光电子能谱的扫描我们发现，使用间歇法合成的核壳乳液，其成膜后的表面氟元素的含量较高，聚集在表面的氟原子将有效降低纤维表面的表面能，提高其防油防水性能：通过原子力显微镜对使用各方法合成的核壳乳液成膜以后表面的粗糙度进行分

3、析，发现间歇法合成的核壳乳液在成膜后表面的粗糙度更低，这也利于产物防油效果的发挥。通过检测聚合产物的玻璃化转变温度证实含氟单体的均聚物与种子乳液有较好的相容性。在施胶应用中，以含氟单体为壳层原料，采用间歇法合成的防油剂有更好的性能表现。合成阳离子微皂乳液中，采用过硫酸钾为引发剂比采用偶氮二异丁氰作为引发剂的引发效果要好，选用阳离子和非离子搭配的复合乳液体系(1631)和($200)搭配，能够获得较好的聚合效果。反应体系中添加阳离子聚丙烯酰胺6％与正辛醇2％复配，能有效提高聚合乳液的稳定性。该反应过程在80—85℃的反应温度下进行比较合适。通过单因素分析纸张表面施胶工艺中各因素的

4、影响，找出了合成的纸张氟碳防油剂的较优的涂布施胶工艺。该工艺使涂布淀粉量1．19／m2的纸张表面能，从50．628dyne／cm降到13．335dyne／cm。从经济效益、热油渗透效果分析等方面比较，得出聚乙烯醇是OPA防油剂的较佳的辅助化学品．研究了OPA防油剂在纸浆纤维表面的吸附过程，对其在不同时间段的吸附曲线进行了拟合，得到防油剂在纸浆纤维表面的吸附动力学方程为：m(％)=罢骞毒兰享爰墨黜，并通过拟合曲线的分析，确定了在本类防油剂的纤维吸附过程中，该模型方程的动力学参数k。出、尼础、矗、r：的数值，为防油剂在造纸工业的湿部使用提供一些有益的参考和借鉴。为了解溶液吸附过程的

5、机理与本质，我们利用FreudI．ch方程拟合了防油剂在三个典型温度283K，298K，308K下的吸附等温方程，分别为lnF。=-5．99434+0．500981nC，lnF=-5．94992+0．515271nC，tnF=-5．58214+0．449161nC。推导出等温吸附焓变的拟合方程为：Y一0．59271+1410．51223X，通过计算得出防油剂的等量吸附焓为11727J／mol，并分别计算得到了各温度下的吸附熵变和Gibbs自由能，结果z-s>0，AG<0，表明该吸附过程是一个白发性过程。将待测量的防油剂和湿强剂分布建立校正曲线，然后将已知配比浓度的防油剂与湿强剂

6、的混合溶液进行光谱采集，将得到的数据导入到偏最小二乘回归软件sIMCA-P中进行建模，检验年ni／ll练后排除了部分不合模型的数组，得到了拟合度较高的该二元组分的光谱解析模型。采用光谱实时监测技术，利用紫外分光光度计对二元化学品在纸浆表面的吸附过程进行观察，将得到的混合溶液的混合光谱，代回SIMcA—P中训练好的建模里面，解析出了混合二元组分中各自组分在纤维表面的吸附行为，并建立其在纤维表面吸附动力学的数学方程。防油剂的吸附方程为：Y=78．79197-1．97901×，湿强剂的吸附方程为：Y=77．1157—2．15556X。关键词：防油：氟碳化合物；偏最小二乘回归；光谱检测

7、；吸附过程lISTUDYoNSYNTHESISANDAPPLICATIoNoFoIL-PRooFFLUORoCARBoNSIZINGAGENTSABSTRACTFiberisanabundantresourcewhichisusedforpapermaking，withthequalityofhighadsorption,biodegradabilityandnon-polluting．Butduetothepaperfiberhavethepropertiesofpenetrationby