光敏涂料

光敏涂料· 水性光敏树脂的合成及其在纸张涂布中的应用 李锦1谢益民1王鹏2褚夫强‘ (1.山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科,山东济南,250353; 2.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640) 摘要:以环氧树脂、而烯酸、马来酸酐为原料合成水性光敏树脂。讨论了原料投料比、反应温度、 催化剂等因素对合成水性光敏树脂性能的影响;并以滤纸为例。初步研究r水性光敏树脂在低紧度纸 张涂布中的应用工艺。结果显示,经过水性光敏树脂涂布后,纸张的物理性能得到了明显改善,并且 水性光敏树脂在使用过程中具有快速、环保的特点。 关键词:水性光敏树脂;合成;馀布;物理强度 中圄分类号:TS727 文献标识码:A 文章编号:0254-508爿(2007)09—0012-03 紫外光固化液体涂料是 作者简介:事锦女士, 20世纪60年代开发的一种 套读要老苎:!;。要i耄环保节能型涂料川,该涂料 向:植物纤维脊源化学及...’””...小n (1) 造纸化学品。以高能量的紫外光作为固化 能源,由涂料中的光引发剂 吸收紫外光产生自由基,引发光敏树脂和活性稀释剂 分子发生连锁聚合反应,使涂膜交联固化。随着光固 化技术的迅速发展,水性uv固化材料瑚以水作为稀 释剂,无毒、无味,且具有成本低、黏度低、涂布适 应性好等优点,是目前研究的热点之一。 目前光敏涂料在造纸中还只限于作为纸张上光 油p1以增加纸张的光泽度。本研究合成了一种水性 光敏树脂,将其用于纸张的涂布,以提高纸张的物 理强度,尤其是湿强度。本文就水性光敏树脂的合 成及其在纸张涂布上的应用进行了初步探讨。 1实验 1.1水性光敏树脂的合成 1.1.1实验原料环氧树脂618:工业品,无锡树脂厂. 丙烯酸:工业品,天津大茂化学试剂厂;对羟基苯甲 醚:化学纯,中国医药集团上海化学试剂公司;顺丁 烯二酸酐:化学纯,天津博迪化工有限公司;N,N_二 甲基苯胺:化学纯,上海亨新化学试剂厂;三乙醇胺: 分析纯,北京化工厂;光引发剂1173:工业品,瑞士 汽巴精化公司。 1.I.2实验仪器Uv光固化机:保定市融达印刷版 设备公司;K296型涂布机:英国Messmer公司。 1.1.3合成工艺在装有搅拌器、冷凝管、恒压漏斗、 温度计的三口烧瓶中加入一定量的环氧树脂618和阻 ·】2· 聚剂,加热搅拌均匀后缓慢滴加丙烯酸和催化剂的混 合液,升温到950c,直到酸值小于5 mgKOH/g时, 停止反应,降温。再加入一定量的阻聚剂和催化剂, 充分搅拌均匀,投入一定量的顺丁烯二酸酐,然后缓 慢搅拌加热至80℃,当酸值小于理论值时,停止反应. 降温。 用中和剂中和至pH值6—7,在剧烈搅拌下,慢 慢滴加去离子水至一定的浓度,出料保存,得到水性 光敏树脂,反应式如下。 cH,一cHRCH--!CH2+2cH.—cR'COOH堡!!塑L 、67 、O’? ; O O 0 __ 珥C一---CR’COCH2CHRCHCH20CCR'=CH2 热R斗一OH◎OH乇CH3 ◎_ocno删删:} P 骨 H。c==:cⅣ8。cH:cH。gcR!=cH:+z 6H 00 HooCCH_CHcOOH H,C=CRcOCH,CHRCHCH,OCCR。==cH, jooccH=c;booH。3 ‘ 1.2水性光敏涂料(简称光敏涂料)的配制称取一 定量的光敏树脂于烧杯中,加入4%用量光引发剂1…, 用玻璃捧混合均匀,即得光敏涂料。 1.3涂布 收稿日期:2007—04-27(修改稿) China Putp&Paper V oL26,No g 2007 一 e=D_。 万方数据一‘‘‘。。。。’。。。——------------------——--—----·-—-·---------—-------—-·—-·-——------------·---·------.—-—--·--...-.....................—----.----------------·-—---—-,---------------------—---,.,....—-----------....,................,』’蕊网 1.3.1单独的光敏涂料涂布将配 制好的光敏涂料用刮棒均匀地涂在 定量为80∥m2的涂布原纸上,然 后将纸样以不同的速度通过uv光 固化机,使涂料在纸张上干燥、固化。 1.3.2光敏涂料与颜料涂料复配涂 布将高岭土、碳酸钙、分散剂、 消泡剂、稳定剂按比例配制成同含 量一定的涂料液口】,然后加入配制 好的光敏涂料,其余原料不变且按 照相同的比例加入,配成固含量相 同的含有光敏涂料的涂料液。采用 刮棒涂布,干燥并压光。 I光敏涂料的固含量对涂布效果的影响 注涂布置159/m2。 1.4性能检测按照国家标准对纸张的抗张强度、湿 强度、撕裂度、耐破度、耐折度等进行检测。 2光敏涂料在纸张涂布中的应用 2.1光敏涂料的固含量对涂布效果的影响 表1为光敏涂料的固含量对涂布效果的影响。 由表l可见,光敏涂料可以明显提高纸张的物理强 度。当固含量从20%提高到90%时,所得涂布纸张 的湿/干强比均大于15%,达到了作为纸张湿强剂的要求。当固含量为40%时,湿/干强度比达到最大值19.6%,其中干强度增加到空白样的2.1倍、湿强增加到5.6倍、耐破度增加到2.5倍、耐折度增加最为显著,是空白样的14.6倍、撕裂度也提高到空白样的1.4倍,效果比较理想。 光敏树脂对纸张起到增强作用是由于树脂渗透到 纸张纤维中间或纤维毛细管内,经紫外光固化,起 到交联作用。本实验中固化程度主要受溶液固含量和固化时间两个因素的影响”J。由表I可见,固含量由70%到90%,随着固含量的增加纸张的物理强度均呈递增趋势。这可能是由于随固含量的增加,树脂用量增加,它们快速固化在纤维中间或纤维毛细管内,从而提高了纸张物理强度。 固含量越高,光敏涂料在纸张上的固化速度越 快,当固含量为70%时,固化时问还不到3 s。这是 因为固含量高,等量涂料液中分子中的双键含量就高,固化速度加快。同时发现,当固含量由70%下降到40%时,纸张的湿强度没有因为固含量的降低而下降,反而提高了。这可能是由于一方面溶液稀释了,增强其对纸张的渗透性;另一方面溶液进一步稀释时,纸张涂布后含水量增大,所以在固化的同时还要对纸张进行较长时间的干燥,这样延长了固化时间。当固含量降到40%时,光固化时间较周含量为90%时延长《中国造纸》2007年第26卷第9期 了4倍。已有研究表明,固化程度受同化时间的影响,且在一定范围内会随固化时间的延长而增加【6J。在渗透性增强和固化时间延长的共同作用下,提高了纸张 的物理强度。但是固化时问对固化程度的增强作用只 在一定时间范围内随辐射时间延长而增大,以后就趋 于稳定,本实验结果也验证了这一点,当固含量继续 下降、浓度进一步降低时,虽然此时光固化时间成倍 延长,纸张的物理强度还是开始下降,因为这时起主 导作用的是涂料浓度,固化时间的影响已趋于稳定。 2.2光敏涂料的涂布量对涂布效果的影响 2.2.1涂布量对纸张物理性能的影响 光敏涂料同含量40%时,涂布量对涂布效果的 影响见表2。从表2可知,当涂布量由7∥m2增加到 15 g/m2,除裂断长略微下降外,纸张其他物理指标 呈上升趋势,尤其是湿强度。但是当涂布量进一步增 加时,其各项指标开始下降。这是由于涂布量增加, 涂层厚度增加,在辐射总功率不变的情况下,紫外光 不容易到达涂层底部,固化速度及固化程度都受到影 响。因此涂布量与纸张物理强度之问并不成正比,而 是存在一个最佳值。由本实验结果看出,涂布量在 15 g/m2左右时,纸张的物理强度最好,湿/干强 度比达到了湿强纸的要求。 2.2.2扫描电镜分析 空白纸样和涂布纸样的扫描电镜结果见图1、图 表2光敏涂料的涂布量对纸张物理强度的影响 注光敏涂料固含量为40%。 ·13· 万方数据l研究论文 ,6};及分散剂的加人造成的。一旦固化体系中含有某种颜…””。 色的颜料,整个固化体系的固化速度及固化程度就要 下降,这种影响结果一般由两种因素引起”】:一是颜 料的加入使涂层的透明度下降,从而紫外光透射程度 受到影响,因此固化程度及固化速度降低;二是颜料 本身对綮外光有所吸收。 图1空白纸佯的电镜结果用2光敏涂料固含量40%涂 布纸样的电镜结果 由图l、图2可以清楚地看出,经光敏涂料涂布 后,纸张纤维上固化了一些环氧丙烯酸树脂,并形成 较平整的膜状结构,从而大大增加纤维之间的结合强 度,提高纸张的物理强度,尤其是湿强度。 2.3光敏涂料与颜料涂料复配的涂布效果 将一定量的光敏涂料加到颜料涂料中进行复配, 经涂布后纸张的物理胜能见表3。 表3光敏涂料与颜料涂料复配的涂布效果 裂断湿裂断撕裂耐破度耐折厚度滁布置 长/km 长柚度/mN,kPa 度,次/mm /gm2 1 2 07 0185 2 80 】36 0 14 0 083 14 7 It 314 0 367 3.2I 174 0 32 0 098 1 5,2 注I:单独颜料疆猿布的纸样;B:光敏潦料与颜料涂料复§E渣涂布的纸样。由表3可知,纸样Ⅱ与纸样I相比,纸张物理强 度有一定的提高,特别是湿强度提高了近1倍,湿/干 强度比由8.9%提高到11.9%。但是与单独的光敏涂料 涂布相比,复配涂料涂布后所得纸张强度提高幅度较 低,这可能是因为涂料液中高岭土、碳酸钙等颜料以 3结论 3.1经水性环氧光敏涂料涂布的纸张物理强度显著增 加,涂布量控制在15 g/m:左右时,纸张的物理强度 最好。当光敏涂料固含量为40%时,湿/干强度比达 到最大值09.6%),其中与空白样相比,于强度、湿 强度、耐破度、耐折度、撕裂度分别增加到2.1倍、5.6 倍、2.5倍、14.6倍、1.4倍,效果比较理想。 3.2光敏涂料与颜料涂料复配后进行涂布也可以提高 纸张的物理强度,但由于颜料的影响,纸张强度提高 的幅度不如单纯的光敏涂料。 参考文献 【t】Ka'ongauz V V Trifunac AD.Process in Photoreactive Polymers[M] New York:Chapman&Hall 1995 【2】刑宏龙,黄若峰水性紫外光固化环氧丙烯酸酯涂料[J】涂料工业, 2000(5):18 [3】3 张国瑞,刘漪印刷应用uv(紫外线)固化技术[MI北京:化学上 业出版社.2006 [4j安普杰,王国建.莉琳,光引发荆对光周化环氧丙烯酸酯涂料的 影响[叮建筑材料学报.2003,6(3):329 [5]张运展加工纸与特种纸[M】北京:中国轻工业出版社,2005 【6】主悔影响光敏树脂固化深度的吲索研究【J】沙洋师范高等々科 学校学撤,2002(41:90 【7】王德海,黄兴耀,春uv固化涂料