石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能

庄远杰，陈少平，邓佩春，吴宗华

（福建师范大学材料科学与工程学院，福建福州 350007）

石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能

庄远杰，陈少平，邓佩春，吴宗华

（福建师范大学材料科学与工程学院，福建福州 350007）

采用转相法制备了系列阴离子型石蜡/腰果酚醛树脂乳液，并考察了其与氧化淀粉共混液的表面施胶性能。结果表明，在该研究的乳化条件下，m（石蜡）∶m（石蜡/腰果酚醛树脂）=8∶2～6∶4的混合物能形成稳定的乳液，其胶粒粒径为400～630 nm；氧化淀粉与石蜡/腰果酚醛树脂乳液共混液的表面施胶大幅提高了箱板纸的疏水性和环压强度，乳液中腰果酚醛树脂的质量分数越大，乳液的表面施胶作用效果越大，但共混液提高纸页拉伸强度的作用效果不及氧化淀粉。

腰果酚醛树脂；石腊；氧化淀粉；表面施胶

随着废纸、非木材浆使用量的增加和造纸用水循环程度的提高，造纸内施胶的难度不断加大，造纸表面施胶的作用日显重要。与传统的淀粉类表面施胶剂相比，合成聚合物类表面施胶剂在提高纸的表面强度、抗水性、平滑度和印刷适性等方面具有较大的优势，近年来其品种和用量都在迅速增加[1-3]。苯乙烯-丙烯酸酯共聚物乳液是合成聚合物类表面施胶剂的主要品种之一，但存在着价格高等问题。本项目前期研究的结果表明，石蜡/松香乳液不仅对人造板具有良好的防水性能，而且由于其与植物纤维的相容性大，人造板的机械强度大[4]。

为了进一步提高乳液的性能，降低乳液的生产成本，本研究用价廉的腰果酚醛树脂替代松香，考察了石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能。

1 实验

1.1 原料

石蜡，为58号半精制石蜡，工业品；腰果油，工业品；乳化剂，由非离子型表面活性剂、油酸钠和阴离子型表面活性剂复配；腰果酚醛树脂，根据文献的方法合成[5]；氧化淀粉，由玉米淀粉的过氧化氢催化氧化反应制得[6]。箱板纸，由福建某纸厂提供，定量120 g/m2。

1.2 阴离子型石蜡/腰果酚醛树脂乳液的制备

按表1的设计将石蜡与腰果酚醛树脂按一定比例置于三口烧瓶中，加热至90℃，使石蜡与腰果酚醛树脂完全熔融；调节搅拌转速至200 r/min，加入乳化剂使石蜡与腰果酚醛树脂混合物形成W/O状的均匀乳状液；提高搅拌转速至1 100 r/min，缓慢加入95℃的去离子水；达到转相点时，将剩余的水快速加入，并降低搅拌速度至200 r/min，同时迅速冷却烧瓶，将温度降低至30℃，得所需乳液。取一定量的乳液在Mastersize 2000型激光粒度分析仪上测定胶粒的平均粒径。

1.3 表面施胶

将箱板纸裁成20 cm×20 cm的方形纸片，将4 g配制好的表面施胶液搅拌混匀后，均匀涂抹于纸页表面；室温下自然晾干24 h；将纸页的施胶面紧贴相片烘干机光板烘干3 min后，置于干燥器内备用。根据国家标准的方法测定纸页的Cobb30值、裂断长和环压指数。

2 结果与讨论

2.1 石蜡/腰果酚醛树脂乳液的制备

采用转相法制备阴离子型石蜡/腰果酚醛树脂乳液。在乳化温度为90°C、乳化剂用量为18%（对石蜡/腰果酚醛树脂）和w（石蜡/腰果酚醛树脂）=30%的条件下，考察了石蜡与腰果酚醛树脂的质量比对乳液制备及乳液性质的影响，结果如表1和图1所示。

表1 石蜡/腰果酚醛树脂乳液的性质

由表1可见，在本研究的乳化条件下，纯的石蜡或腰果酚醛树脂以及m（石蜡）∶m（腰果酚醛树脂）=2∶8的混合物均不能形成乳液。样品WYR-5和WYR-6虽能形成乳液，但静置1周后均出现分层现象。m（石蜡）∶m（树脂）=7∶3的混合物所形成的乳液的胶粒最小，为400 nm，且分布窄（图1）。该乳液具有优良的贮存稳定性，在夏季静置3个月，乳液状态基本不变。乳液WYR-2和WYR-4也具有良好的贮存稳定性。这些稳定的乳液与氧化淀粉糊能均匀地混溶。

图1 石蜡/腰果酚醛树脂乳液的粒径分布

2.2 石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能

为了考察石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能，在施胶量为1 g/m2的条件下，比较了表2所提到的几种乳液的表面施胶性能。

表2 石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能

由表2可知，所用的表面施胶剂单独使用时均使纸张的Cobb30值降至30.5 g/m2以下。阳离子苯丙乳液的疏水效果大于其他乳液。随着石蜡/腰果酚醛树脂乳液中腰果酚醛树脂的质量比增大，纸张的Cobb值也增大，即疏水性减小。这主要是因为石蜡/腰果酚醛树脂乳液中的表面活性剂量大于苯丙乳液，腰果酚醛树脂中的亲水基团多于石蜡。

未表面施胶的箱板纸的环压指数和裂断长仅分别为5.04 N·m/g和4.735 km，用石蜡/腰果酚醛树脂乳液进行表面施胶后，纸张的环压指数和断裂伸长率均增大，且随着乳液中的腰果酚醛树脂含量增大而逐渐增大。这主要归因于腰果酚醛树脂的刚性结构，以及树脂中的羟基与纸张纤维的亲和力大。石蜡/腰果酚醛树脂的表面施胶性能略小于阳离子苯丙乳液的表面施胶性能，但腰果油的价格仅为苯丙共聚物中单体价格的三分之一至四分之一，因此腰果油具有更高的性价比。

2.3 石蜡/腰果酚醛树脂乳液与氧化淀粉共混的表面施胶性能

与石蜡/腰果酚醛树脂乳液的疏水性相比，氧化淀粉与石蜡/腰果酚醛树脂乳液的共混液的Cobb30值略大，但均在35.2 g/m2以下，表明共混液也具有良好的疏水性能。在氧化淀粉共混液中阳离子苯丙乳液与石蜡/腰果酚醛树脂乳液的疏水作用相差不大。

氧化淀粉糊液的表面施胶大幅提高了箱板纸的环压强度，且随表面施胶量的增加，环压强度的提高幅度也增大。本研究中表面施胶液的用量固定为4 g/m2，通过改变施胶液浓度来调节纸张表面施胶量，施胶液的浓度为1%质量分数时，表面施胶量为纸张质量的1%，以此类推。

图2和图3分别显示了乳液组成对环压指数和拉伸强度的影响[m（氧化淀粉）∶m（石蜡/腰果酚醛树脂）=9.5∶0.5]。

图2 乳液组成对环压指数的影响

图3 乳液组成对拉伸强度的影响

图2所示的表面施胶结果表明，m（氧化淀粉）∶m（石蜡/腰果酚醛树脂）=9.5∶0.5的共混液可进一步提高氧化淀粉糊液的表面施胶效果。所用的3种乳液中，阳离子苯丙共聚物的作用效果最好，施胶液浓度为4%质量分数时，环压指数为7.05 N·m/g，比空白箱板纸的5.04 N·m/g提高了39.9%。WYR-4和WYR-2的作用效果虽略小于阳离子苯丙乳液，但也大幅提高了氧化淀粉糊液的作用效果。WYR-4的作用效果大于WYR-2的，可归因于WYR-4含有更多的腰果酚醛树脂。

由图3可知，氧化淀粉表面施胶也大幅提高箱板纸的裂断长。氧化淀粉糊液浓度为4%质量分数时箱板纸的裂断长增大为5.531 km，增幅为16.8%。但WYR-4或WYR-2的添加并不能增加箱板纸的拉伸强度，因此以提高箱板纸拉伸强度为主要目的的氧化淀粉表面施胶不能加石蜡/腰果酚醛树乳液。

3 结论

（1）在本研究的乳化条件下，用转相法可将m（石蜡）∶m（石蜡/腰果酚醛树脂）=8∶2～6∶4的混合物乳化成稳定的阴离子型石蜡/腰果酚醛树脂乳液，其粒径为400～630 nm。

（2）石蜡/腰果酚醛树脂的表面施胶性能略小于阳离子苯丙乳液，但腰果油的价格仅为苯丙共聚物中单体价格的三分之一至四分之一，因此腰果油具有更高的性价比。

（3）氧化淀粉与石蜡/腰果酚醛树脂乳液共混液的表面施胶大幅提高了箱板纸的疏水性和环压强度，乳液中腰果酚醛树脂质量分数越大，乳液的表面施胶作用效果越大，但石蜡/腰果酚醛树脂乳液对提高箱板纸拉伸强度的作用小。

［1］林龙平.聚合物表面施胶剂［J］.造纸化学品，2000，12（2）：13.

［2］Furunaga，Toshikatsu，Yamanaka，etal.Surfacesizingagentandrecording paper comprising same：US，6423182［P］.2002-07-23.

［3］Elena C，Polina T，Chuong B，et al.Effect of comonomer composition on the controlled free-radical copolymerization of styrene and maleic anhydridebyreversibleaddition-fragementationchaintransfer（RAFT）［J］.Polymer，2003（44）：4101-4107.

［4］吴宗华，陈少平，卢玉栋，等.纤维板防水剂用石蜡-松香乳液的组分与性能的关系［J］.林产化学与工业，2005，25（2）：95-98.

［5］卢玉栋，林筱璇，叶琳，等.腰果酚醛树脂包膜尿素的制备及缓释性能［J］.应用化工，2010，39（5）：648-651.

［6］龚新怀，吴宗华.芭蕉芋氧化淀粉的制备与性质［J］.造纸科学与技术，2009，28（5）：50-53.

Surface Sizing Properties of Emulsions of Paraffin Wax and Cardanol Formaldehyde Resin

ZHUANG Yuan-jie，CHEN Shao-ping，DENG Pei-chun，WU Zong-hua
（College of Material Science and Engineering，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

The anionic emulsions of paraffin wax and cardanol formaldehyde resin were prepared by phase inversion method.Surface sizing performance of the mixtures of oxidized starch and those emulsions was investigated.The results showed that the mixtures of paraffin wax and paraffin wax/cardanol formaldehyde resin with mass ratio of 8∶2～6∶4 could form stable emulsions under the emulsification conditions studied，in which the size of colloids was from 400 nm to 630 nm.With surface sizing by the mixtures of oxidized starch and paraffin wax/cardanol formaldehyde resin emulsion，hydrophobic property and ring crush strength of cardboard was improved significantly.The greater the mass ratio of the resin in the emulsion，the greater the surface sizing effect of the mixtures.But the improvement of cardboard tensile strength by the mixtures was less than that by the oxidized starch.

cardanol formaldehyde resin；paraffin wax；oxidized starch；surface sizing

TS727+.5

A

1007-2225（2012）06-0010-04

2012-09-28（修回）

福建省自然科学基金资助项目（20120301）

庄远杰先生（1987-），在读研究生；研究方向：造纸化学品。

吴宗华先生，教授；研究领域：造纸湿部化学及化学品；E-mail：wuzonhua@fjnu.edu.cn。

本文文献格式：庄远杰，陈少平，邓佩春，等.石蜡/腰果酚醛树脂乳液的表面施胶性能[J].造纸化学品，2012，24（6）∶10-13.