PVA/CNF/MBP涂布對紙張疏水防油性能研究
聚乙烯醇(PVA)是一種白色片狀的多羥基聚合物,其表面有大量的羥基,能溶于水,且吸水性強,是一種重要的化工原料。由于PVA具有易成膜性、良好的阻隔性、可生物降解性、價格便宜、使用方便等優(yōu)勢,其在建筑、織物紡織、造紙、食品包裝、醫(yī)藥等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)
PVA/CNF涂布體系雖然提高了紙張的疏水防油性能,但是由于PVA的親水性和CNF一定的親油性,限制了PVA/CNF涂布體系的疏水防油性的進一步提高。而木素的存在能夠提高紙張的防油性能,且能進一步提高紙張的疏水
本研究以PVA/CNF涂布液為基礎(chǔ),加入微納化竹粉(MBP),制備PVA/CNF/MBP涂布液。探究了不同涂布體系對涂布紙張性能的影響,為天然可降解環(huán)保型疏水防油涂料的制備提供理論基礎(chǔ)。
實驗用涂布原紙和竹粉由浙江金昌特種紙股份有限公司提供,涂布原紙(以下簡稱“原紙”)性能如
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機械法制備微納化竹粉:用粉碎機將竹粉粉碎至125目,加蒸餾水將其配成質(zhì)量分數(shù)1%的懸浮液,循環(huán)研磨30 min,再在100 MPa壓力下對其高壓均質(zhì)5次,得到微納化竹粉(MBP)。
竹粉三維尺寸的測量:使用Nano measurer軟件對竹粉的SEM圖進行統(tǒng)計分析。
將一定量的CNF與去離子水充分混合,在90 Hz下超聲分散15 min后得到CNF懸浮液,再向其中加入10 g PVA顆粒,升溫到60℃,讓PVA顆粒吸水潤脹30 min后,用超聲波分散15 min,再升溫到90~95℃使其充分溶解。在溶液中加入一定量的微納化竹粉,均勻分散后,超聲處理15 min,靜置脫泡。
將原紙鋪平夾持在涂布機上,移取適量涂布液進行涂布后,將紙放置于80℃的烘箱中干燥15 min,然后稱量質(zhì)量,計算涂布量。多次涂布,得到所需涂布量的涂布紙。
使用蓖麻油、甲苯、正庚烷3種化學(xué)物質(zhì),根據(jù)TAPPI T559cm-12分別配制出1~12級的不同表面張力的測試溶液。紙張測試時從最高防油等級測試液開始,緩慢將測試液體從13 mm的高度滴到待測試紙上,15 s后用干凈的棉簽擦去紙上的油,觀察紙張表面的浸潤情
(1)紙張接觸角
根據(jù)ASTM D 724—1999,采用表面接觸角測試儀對樣品表面接觸角進行測試,測試液為蒸餾水,當(dāng)液滴滴下后進行拍攝。
(2)紙張吸濕率
根據(jù)GBT 1540—2002,采用紙張Cobb吸水率測試儀測試紙張的吸濕率。
圖1 竹粉和MBP的SEM圖
Fig. 1 SEM images of bamboo powder and MBP
涂布紙的油脂滲透情況如
圖2 紙張防油等級示意圖
Fig. 2 Schematic diagram of paper oil resistance grade
涂布量為2.0 g/m2,PVA/CNF中CNF添加量為PVA的3.0%,PVA/CNF/MBP中CNF添加量為PVA的1.2%,MBP添加量為PVA的1.8%。
不同涂料體系對紙張疏水性能的影響如
圖3 不同涂料體系對紙張疏水性能的影響
Fig. 3 Effects of different coating systems on the hydrophobic properties of paper
不同涂料體系對紙張抗張強度的影響如
圖4 不同涂料體系對紙張抗張性能的影響
Fig. 4 Effects of different coating systems on the tensile strength of paper
CNF與MBP的質(zhì)量比對紙張防油性能影響如
圖5 CNF與MBP質(zhì)量比對紙張防油性能影響
Fig. 5 Effect of the mass ratio of CNF and MBP on the oil resistance of paper
CNF與MBP的質(zhì)量比對紙張疏水性能影響如
圖6 CNF與MBP質(zhì)量比對紙張疏水性能影響
Fig. 6 Effect of the mass ratio of CNF and MBP on the hydrophobic properties of paper
圖7 CNF與MBP質(zhì)量比對紙張抗張強度影響
Fig. 7 Effects of the mass ratio of CNF and MBP on the tensile strength of paper
本研究在聚乙烯醇(PVA)中添加纖維素納米纖絲(CNF),制備PVA/CNF涂布液,再加入微納化竹粉(MBP),制備了防油性能更高的PVA/CNF/MBP復(fù)合涂布液。探究了不同涂布體系、不同CNF與MBP質(zhì)量比對涂布紙張疏水防油性和抗張強度的影響。
3.1 PVA/CNF/MBP涂布紙的防油性能優(yōu)于PVA涂布紙和PVA/MBP涂布紙。當(dāng)涂布量為2.0 g/m2、CNF與MBP的總添加量為3.0%、質(zhì)量比CNF∶MBP為4∶6時,PVA/CNF/MBP涂布紙的防油等級為12級。
3.2 PVA/CNF/MBP涂布紙的疏水性能略低于PVA/CNF涂布紙,但優(yōu)于PVA涂布紙。當(dāng)涂布量為2.0 g/m2、CNF與MBP的總添加量為3.0%、質(zhì)量比CNF∶MBP為4∶6時,PVA/CNF/MBP涂布紙的Cobb值為21.29 g/m2,接觸角為73.56°。
3.3 PVA/CNF/MBP涂布紙的抗張強度略低于PVA/CNF涂布紙,但優(yōu)于PVA涂布紙。在涂布量為2.0 g/m2、CNF與MBP的總添加量為3.0%、CNF∶MBP為4∶6時,PVA/CNF/MBP涂布紙的縱橫向抗張指數(shù)分別為67.1 N?m/g和40.9 N?m/g。
3.4 CNF與MBP質(zhì)量比為4∶6時,PVA/CNF/MBP涂布紙的防油等級達到12,隨著MBP的添加量增加,PVA/CNF/MBP涂布紙的疏水效果略微降低,隨著MBP含量的增加,涂布紙抗張強度略微下降。
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