CN100365209C - 一种涂布纸涂料保水剂及其制备方法 - Google Patents
一种涂布纸涂料保水剂及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种涂布纸涂料保水剂及其制备方法，所述的保水剂，是由羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠以及聚乙烯吡咯烷酮所构成的复合物；所述的制备方法，是将由α-纤维素含量大于90%的精制棉与玉米淀粉，或者所述精制棉与土豆淀粉，或者α-纤维素含量大于90%的木浆粕与玉米淀粉，或者所述木浆粕与土豆淀粉，均以1∶1之摩尔比混合而成的基本原料，在90%的乙醇中于40℃以28%的过氧化氢处理，依次投入氯乙酸、氯乙磺酸钠、氢氧化钠，在55℃反应，中和至pH值7.0，分离固形物，用80%乙醇洗涤并干燥，得到羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物，将所得混合物以一定比例与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀，得到涂布纸涂料保水剂。本发明的涂布纸涂料保水剂能赋予涂料更高的保水值，使涂布涂料的贮存粘度及运行粘度能更加稳定。
Description
所属技术领域
本发明涉及涂布加工纸生产中所使用的涂料保水剂，以及该保水剂的制备方法。
背景技术
涂料保水剂是配制涂布涂料的化学助剂之一，它的品质会涉及涂布纸的涂层强度。涂层强度的提高，一方面要依靠所配入的胶粘剂，另一方面就需要有优秀的涂料保水剂的辅助。优秀的涂料保水剂的使用，可以使胶粘剂在涂层中均匀分布，而不会向涂布原纸及涂层表面迁移；当涂料保水剂的保水值低时，就会导致涂料的保水值偏低，所述的两种迁移，就会有不同程度的发生；如果这两种迁移发生，将使得胶粘剂在涂层中分布不均，胶粘剂的使用效率也会随之降低，从而影响涂层的强度。此外，涂料保水剂的品质，还会涉及到所配制的涂布涂料的粘度稳定性。涂布涂料是一个悬浮液体系，优秀的保水剂应能使涂料具有稳定的贮存粘度，而在涂布时又具有稳定的运行粘度，这样才能有利于涂布机的正常稳定运行。
传统的涂布纸涂料保水剂，主要有干酪素、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠。干酪素使所配制的涂料贮存粘度稳定性非常差，且易使涂料腐败变质，已被淘汰；聚乙烯醇的使用会导致涂料的运行粘度非常不稳定，涂料的固含量只能达到30~40％，纸机的干燥负荷大，不能适应高速涂布的要求，只能用于低速的气刀涂布；羧甲基纤维素纳是直至现在普遍使用的性能相对较好的涂料保水剂，可用于高速刮刀涂布及其它高速涂布方式，但以其配制的涂布涂料保水值仍然不尽理想，使涂层强度受到一定的影响，此外，这种保水剂使所配制的涂料的贮存和运行粘度欠稳定，随时间增加而粘度变高，这使每个配料批次前后生产的纸品的涂层厚薄不一，影响纸品的质量稳定。虽然可在生产中通过调节刮刀等措施来解决因涂料粘度变化而致涂层厚度变化的问题，但调节很麻烦，不易控制。
发明内容
本发明的目的，是提供一种配制到涂布纸涂料中使涂料的保水值、涂料的贮存粘度和运行粘度稳定性更优于羧甲基纤维素纳的涂料保水剂，以提高涂布纸的涂层强度和涂层厚度的均匀性。
本发明的另一目的，是提供这种涂料保水剂的一种制备方法，并且由此制备方法所制备的涂料保水剂具有不同的粘度范围，以适应不同纸种及不同涂布机生产过程的需要。
本发明所提供的涂料保水剂，是一种多种成份的复合物，它由下列物质以相应质量百分比所构成：
羧甲基磺乙基纤维素纳和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物占70％～90％，聚乙烯吡咯烷酮占30％～10％；羧甲基磺乙基纤维素钠与羧甲基磺乙基淀粉钠二者的比例为1∶1。
本发明所提供的具有上述成份的涂布纸涂料保水剂，可以下述的方法制备：
将由α-纤维素含量大于90％的精制棉与玉米淀粉，或者所述精制棉与土豆淀粉，或者α-纤维素含量大于90％的木浆粕与玉米淀粉，或者所述木浆粕与土豆淀粉，均以1∶1之摩尔比混合而成的基本原料，在90％的乙醇中于40℃以28％的过氧化氢处理5～30min，依次投入氯乙酸、氯乙磺酸钠、氢氧化钠，控制反应温度在55℃反应6h，以醋酸或盐酸中和至PH值7.0，分离固形物，用80％乙醇洗涤并干燥，得到羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物，将所得混合物与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀；
所用物料的投料比例为：
反应介质90％乙醇的体积数与所述基本原料的质量数的投料比例为：5∶1，单位为：ml/g或Kg/L；
氯乙酸、氯乙磺酸钠、氢氧化钠与所述基本原料的摩尔比为：1∶0.02∶2.4∶1；
过氧化氢的投料质量数为所述基本原料质量数的5％；
羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7～9∶3～1。
本发明所提供的涂料保水剂，是在传统保水剂羧甲基纤维素钠的基础上引入磺乙基基团，增加了耐盐性，有助于保水作用的增强，并且对涂料运行粘度随时间逐渐增大的变化具有抑制效果；所具有的羧甲基磺乙基淀粉钠不仅有着很好的保水性，而且还具有优异的剪切稀化性，可有助于涂料流变性增强；所具有的聚乙烯吡咯烷酮有良好的对涂料的分散性、成膜性及保水性能，对涂料良好的分散性有利于提高涂料的稳定性。羧甲基磺乙基纤维素钠优异的保水性、恰当的羧甲基磺乙基淀粉钠的剪切稀化作用与聚乙烯吡咯烷酮的分散作用，既有助于提高涂布涂料的贮存和运行稳定性，又使其具有良好的流动性，各个组份的综合协同作用，使本发明的涂料保水剂在配入涂布涂料中时可有效地提高涂料的保水值，和稳定涂料的贮存及运行粘度。
本发明所提供的制备方法，由于采用了氯乙磺酸钠作为反应物料，在羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠中引入了磺乙基基团，克服了它们粘度稳定性差的问题，从而也改善了涂料的贮存和运行粘度的稳定性，同时，由于复配了聚乙烯吡咯烷酮，利用其对涂料良好的分散性和优异的保水性，使得涂布涂料更加稳定且保水性更好；通过调节所述过氧化氢对物料的处理时间，可得到不同粘度范围的涂布保水剂，以适应不同纸种以及不同涂布机生产过程中对涂料粘度的不同要求，当处理时间在25-30min时，涂料保水剂的粘度在5～10mpa·s(Brookfield粘度计25℃)范围内、当处理时间在20-25min时，涂料保水剂的粘度在10～30mpa·s范围内、当处理时间在15-20min时，涂料保水剂的粘度在30～100mpa·s范围内、当处理时间在5-15min时，涂料保水剂的粘度在100～300mpa·s范围内。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行说明。
实施例一：
2kmol已经细化了的含92％α-纤维素的精制棉与2kmol玉米淀粉投入到带有搅拌的5000L反应器中，注入3240L含量90％的乙醇，升温至40℃，加入28％的过氧化氢32.4kg，处理30min，依次投入4kmol氯乙酸、0.02kmol氯乙磺酸钠、9.6kmol氢氧化钠，控温于55℃反应6h，以醋酸中和到产物的PH值为7.0，分离固形物、用80％乙醇洗涤并干燥所得目标产物。
取以上产物700Kg投入双锥混合器中，加入聚乙烯吡咯烷酮300Kg，混拌至均匀，得到1000Kg涂料保水剂。
取以上成品2.00g(绝干)溶于98ml去离子水中，于25℃以Brookfield粘度计测得粘度为6mpa·s。
配制典型涂布涂料与国外进口相同粘度的保水剂羧甲基纤维素钠做对比试验，所得数据如下表：
| 涂料保水值(s) | 涂料粘度(mpa·s) | 静置24h后涂料粘度(mpa·s) | 运行2h后涂料粘度(mpa·s) | 运行8h后涂料粘度(mpa·s) | 涂布纸涂层强度(m/s) | 涂布纸涂层均匀度 | ||||
| 本发明保水剂 | 36 | 1100 | 1130 | 变化率 | 1150 | 变化率 | 1180 | 变化率 | 1.98 | +++ |
| 2.73％ | 4.55％ | 7.27％ | ||||||||
| 进口羧甲基纤维素 | 31 | 1280 | 1330 | 变化率 | 1390 | 变化率 | 1460 | 变化率 | 1.93 | ++ |
| 3.91％ | 8.59％ | 14.06％ | ||||||||
注：涂料保水值以AA-GWR250涂料保水值测定仪检测，涂料粘度以Brookfield粘度计检测，涂层强度以IGT拉毛强度仪检测，涂层均匀度以“+”越多越优。
实施例二：
2kmol已经细化了的含92％α-纤维素的精制棉与2kmol土豆淀粉投入到带有搅拌的5000L反应器中，注入3240L含量90％的乙醇，升温至40℃，加入28％的过氧化氢32.4kg，处理22min，依次投入4kmol氯乙酸、0.02kmol氯乙磺酸钠、9.6kmol氢氧化钠，控温于55℃反应6h，以醋酸中和到产物的PH值为7.0，分离固形物、用80％乙醇洗涤并干燥所得目标产物。
取以上产物780Kg投入双锥混合器中，加入聚乙烯吡咯烷酮220Kg，混拌至均匀，得到1000Kg涂料保水剂。
取以上成品2.00g(绝干)溶于98ml去离子水中，于25℃以Brookfield粘度计测得粘度为12mpa·s。
配制典型涂布涂料与国外进口相同粘度的保水剂羧甲基纤维素钠做对比试验，所得数据如下表：
| 涂料保水值(s) | 涂料粘度(mpa·s) | 静态24h后涂料粘度(mpa·s) | 运行2h后涂料粘度(mpa·s) | 运行8h后涂料粘度(mpa·s) | 涂布纸涂层强度(m/s) | 涂布纸涂层均匀度 | ||||
| 本发明保水剂 | 43 | 1180 | 1210 | 变化率 | 1195 | 变化率 | 1230 | 变化率 | 2.25 | +++ |
| 2.54％ | 1.27％ | 4.24％ | ||||||||
| 进口羧甲基纤维素 | 38 | 1390 | 1450 | 变化率 | 1490 | 变化率 | 1580 | 变化率 | 2.17 | ++ |
| 4.32％ | 7.19％ | 13.67％ | ||||||||
注：涂料保水值以AA-GWR250涂料保水值测定仪检测，涂料粘度以Brookfield粘度计检测，涂层强度以IGT拉毛强度仪检测，涂层均匀度以“+”越多越优。
实施例三：
2kmol已经细化了的含92％α-纤维素的木浆粕与2kmol土豆淀粉投入到带有搅拌的5000L反应器中，注入3240L含量90％的乙醇，升温至40℃，加入28％的过氧化氢32.4kg，处理16min，依次投入4kmol氯乙酸、0.02kmol氯乙磺酸钠、9.6kmol氢氧化钠，控温于55℃反应6h，以盐酸中和到产物的PH值为7.0，分离固形物、用80％乙醇洗涤并干燥所得目标产物。
取以上产物840Kg投入双锥混合器中，加入聚乙烯吡咯烷酮160Kg，混拌至均匀，得到1000Kg涂料保水剂。
取以上成品2.00g(绝干)溶于98ml去离子水中，于25℃以Brookfield粘度计测得粘度为58mpa·s。
配制典型涂布涂料与国外进口相同粘度的保水剂羧甲基纤维素钠做对比试验，所得数据如下表：
| 涂料保水值(s) | 涂料粘度(mpa·s) | 静置1h后涂料粘度(mpa·s) | 运行2h后涂料粘度(mpa·s) | 运行8h后涂料粘度(mpa·s) | 涂布纸涂层强度(m/s) | 涂布纸涂层均匀度 | ||||
| 本发明保水剂 | 48 | 1300 | 1310 | 变化率 | 1320 | 变化率 | 1380 | 变化率 | 2.05 | +++ |
| 0.77％ | 1.54％ | 6.15％ | ||||||||
| 进口羧甲基纤维素 | 42 | 1960 | 2000 | 变化率 | 2040 | 变化率 | 2100 | 变化率 | 2.03 | ++ |
| 1.01％ | 3.03％ | 6.06％ | ||||||||
注：涂料保水值以AA-GWR250涂料保水值测定仪检测，涂料粘度以Brookfield粘度计检测，涂层强度以IGT拉毛强度仪检测，涂层均匀度以“+”越多越优。
实施例四：
2kmol已经细化了的含92％α-纤维素的木浆粕与2kmol玉米淀粉投入到带有搅拌的5000L反应器中，注入3240L含量90％的乙醇，升温至40℃，加入28％的过氧化氢32.4kg，处理10min，依次投入4kmol氯乙酸、0.02kmol氯乙磺酸钠、9.6kmol氢氧化钠，控温于55℃反应6h，以盐酸中和到产物的PH值为7.0，分离固形物、用80％乙醇洗涤并干燥所得目标产物。
取以上产物900Kg投入双锥混合器中，加入聚乙烯吡咯烷酮100Kg，混拌至均匀，得到1000Kg涂料保水剂。
取以上成品2.00g(绝干)溶于98ml去离子水中，于25℃以Brookfield粘度计测得粘度为180mpa·s。
配制典型涂布涂料与国外进口相同粘度的保水剂羧甲基纤维素钠做对比试验，所得数据如下表：
| 涂料保水值(s) | 涂料粘度(mpa·s) | 静置24h后涂料粘度(mpa·s) | 运行2h后涂料粘度(mpa·s) | 运行8h后涂料粘度(mpa·s) | 涂布纸涂层强度(m/s) | 涂布纸涂层均匀度 | ||||
| 本发明保水剂 | 51 | 1450 | 1465 | 变化率 | 1460 | 变化率 | 1500 | 变化率 | 2.13 | +++ |
| 1.03％ | 0.69％ | 3.45％ | ||||||||
| 进口羧甲基纤维素 | 48 | 2060 | 2095 | 变化率 | 2095 | 变化率 | 2140 | 变化率 | 2.07 | ++ |
| 1.7％ | 1.70％ | 3.88％ | ||||||||
注：涂料保水值以AA-GWR250涂料保水值测定仪检测，涂料粘度以Brookfield粘度计检测，涂层强度以IGT拉毛强度仪检测，涂层均匀度以“+”越多越优。
Claims (3)
1.一种涂布纸涂料保水剂，其特征是，由下列物质以相应质量比所构成：羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物占70％～90％，聚乙烯吡咯烷酮占30％～10％；羧甲基磺乙基纤维素钠与羧甲基磺乙基淀粉钠二者的比例为1∶1。
2.一种如权利要求1所述的涂布纸涂料保水剂的制备方法，其特征是将由α-纤维素含量大于90％的精制棉与玉米淀粉，或者所述精制棉与土豆淀粉，或者α-纤维素含量大于90％的木浆粕与玉米淀粉，或者所述木浆粕与土豆淀粉，均以1∶1之摩尔比混合而成的基本原料，在90％的乙醇中于40℃以28％的过氧化氢处理5～30min，依次投入氯乙酸、氯乙磺酸钠、氢氧化钠，控制反应温度在55℃反应6h，以醋酸或盐酸中和至PH值7.0，分离固形物，用80％乙醇洗涤并干燥，得到羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物，将所得混合物与聚乙烯吡咯烷酮混合均匀后得产品；
所用物料的投料比例为：
反应介质90％7醇的体积数与所述基本原料的质量数的投料比例为：5∶1，单位为：ml/g或Kg/L；
氯乙酸、氯乙磺酸钠、氢氧化钠与所述基本原料的摩尔比为：1∶0.02∶2.4∶1；
过氧化氢的投料质量数为所述基本原料质量数的5％；
羧甲基磺乙基纤维素钠和羧甲基磺乙基淀粉钠的混合物与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为7～9∶3～1。
3.根据权利要求2所述的一种制备涂布纸涂料保水剂的方法，当需要所制备的涂布涂料保水剂的粘度范围分别为5～10mpa·s、10～30mpa·s、30～100mpa·s、100～300mpa·s时，过氧化氢的处理时间分别为25～30min、20～25min、15～20min、5～15min。
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