CN101130938B - 一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法，所述造纸用阳离子聚合物为丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的混合物，在引发剂的引发下的聚合产物，其阳离子电荷密度为80％～95％，粘度为50～200厘泊，固含量为50～70％。本发明的阳离子聚合物，电荷密度高，极大地提高了其应用效率，贮存稳定性和热稳定性较好，在0～40℃的环境下可贮存一年以上。另外，本发明操作步骤简单，原料易得，既为企业降低了成本，提高了资源的利用率，同时也达到了环保的目的。

Description

一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法，具体地说是一种造纸用高电荷密度阴离子捕捉剂、助留剂。
背景技术
在造纸的工业生产过程中，常排出大量废水。在这些废水中，含有大量的纸纤维和有毒有害的阴离子。一方面，由于纸纤维的大量流失，为生产造成了很大的浪费，提高了企业的生产成本；另一方面，这些有害阴离子，由于它们难以被环境自然净化，所以会对整个人类的生存环境造成长久的危害。
传统的治理方法是采用无机絮凝剂，如硫酸铝等，由于此类絮凝剂成本高，用量大，阴离子吸附效率低等缺点，其应用的发展空间受到了很大限制。
近年来，有机合成高分子水处理剂因其吸附作用迅速、用量少而得到了快速的推广。但是，目前市场上的有机高分子处理剂用在造纸工业中时，由于其阳离子度低(20～70％)，不能达到纸纤维留着和废水阴离子吸附的双重目的，而且还存在体系耐贮藏性不好，易发生凝胶的缺点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的上述缺陷，提供了一种造纸用阳离子聚合物及其制备方法。
本发明所述的造纸用阳离子聚合物，为丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的混合物，在引发剂的引发下的聚合产物，其阳离子电荷密度为80％～95％，粘度为50～200厘泊，固含量为50～70％。
所述造纸用阳离子聚合物的制备方法包括如下步骤：
(1)将0.01～1.0重量份分子量调节剂、0.1～0.5重量份助剂和15～25重量份水混合制成溶液A；
(2)在氮气保护下，25～60℃，0.1～4小时内，在溶液A中分别加入溶液B和溶液C，加料完毕后，继续反应，时间至少在0.1小时以上，以确保物料反应完全，一般应控制在0.1～3小时；
所述溶液B为46.0～68.0重量份单体和7.5～12.5重量份水的混合溶液；
所述溶液C为1.5～7.0重量份引发剂和7.5～12.5重量份水的混合溶液；
(3)升温至40～80℃，继续反应0.5～4小时后，在10分钟内降温至10℃～30℃，得到所述的阳离子聚合物。
所说的分子量调节剂选自醋酸正十二烷基硫醇酯、单-正十二烷基硫酸钠、硫酸铝、三氯化铁、二硫代氨基甲酸钠、亚硝酸钠或二甲基丙酸中的一种或两种以上的混合物；
所说的助剂选自EDTA、三乙醇胺、磷酸钠、异丙醇或2，2-偶氮二(2-脒基丙基)二盐酸盐中的一种或两种以上的混合物；
所说的单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的混合物，组分为重量百分比。
所说的引发剂由10％～60％过硫酸铵、过氧化氢、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、三氯化铝或过硫酸钾中的一种或两种以上的混合物，以及40％～90％亚硫酸氢钠、甲醛亚硫酸氢钠或甲醇中的一种或两种以上混合物组成；
通过上述方法制备的造纸用阳离子聚合物，其阳离子电荷密度为80％～95％，粘度为50～200厘泊，固含量为50～70％。
根据上述方法所制得的造纸用高电荷密度阳离子聚合物，电荷密度高，阳离子电荷密度高达80～95％，极大地提高了其应用效率，解决了以往产品不能同时达到纸纤维留着和废水阴离子吸附的双重目的，而且本发明所得产品粘度为50～200厘泊，贮存稳定性和热稳定性较好，在0～40℃的环境下可贮存一年以上。另外，本发明操作步骤简单，原料易得，既为企业降低了成本，提高了资源的利用率，同时也达到了环保的目的。
具体实施方式
实施例1
将装有温度计、冷凝管、搅拌器、氮气出入口的1升反应釜置于恒温水浴中，向反应釜中通入氮气，20分钟后，开动搅拌，向釜底加入140克去离子水、1克醋酸正十二烷基硫醇酯、0.4克二硫代氨基甲酸钠、2.1克磷酸钠。升温至40℃，开始滴加单体水溶液和引发剂水溶液。
其中：
单体水溶液组成为77克丙烯酰胺、308克甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵和70克去离子水，用时30分钟；
引发剂水溶液组成为25.2克过硫酸钾、6.3克亚硫酸氢钠和70克去离子水，用时30分钟。全部滴加完毕后，继续40℃反应2小时，再升温至80℃，反应3小时后，冰水浴降温至30℃，出料。
采用胶体滴定法(《湿部电荷的测定技术及其应用》中国造纸，2004年4期)测定产物的阳离子电荷密度；NDJ-1旋转粘度计测定粘度；PHS-3C型精密PH计测定pH值(下同)。
产物为无色透明液体，产物阳离子电荷密度为92.63％，粘度为175厘泊(25℃)，固含量为59.2％，pH＝3.21。
实施例2
将装有温度计、冷凝管、搅拌器、氮气出入口的1升反应釜置于恒温水浴中，向反应釜中通入氮气，10分钟后，开动搅拌，向釜底加入140克去离子水、0.9克单-正十二烷基硫酸钠、0.5克硫酸铝、1.4克2，2-偶氮二(2-脒基丙基)二盐酸盐、0.7克EDTA。升温至25℃，开始滴加单体水溶液和引发剂水溶液。其中单体水溶液组成为77克丙烯酰胺、308克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和70克去离子水，用时60分钟；引发剂水溶液组成为25.2克三氯化铝、6.3克甲醇和70克去离子水，用时40分钟。全部滴加完毕后，继续25℃反应0.1小时，再升温至60℃，反应4小时后，迅速冰水浴降温至30℃以下，出料。
产物为无色透明液体，产物阳离子电荷密度为95.00％，粘度为50厘泊(25℃)，固含量为59.5％，pH＝2.81。
实施例3
将装有温度计、冷凝管、搅拌器、氮气出入口的1升反应釜置于恒温水浴中，向反应釜中通入氮气，30分钟后，开动搅拌，向釜底加入105克去离子水、1.4克二甲基丙酸、0.7克亚硝酸钠、1.4克异丙醇。升温至60℃，开始滴加单体水溶液和引发剂水溶液。其中单体水溶液组成为66克丙烯酰胺、396克二甲基二烯丙基氯化铵和52.5克去离子水，用时70分钟；引发剂水溶液组成为17.5克过硫酸钾、7克亚硫酸氢钠和52.5克去离子水，用时90分钟。全部滴加完毕后，继续60℃反应3小时，再升温至70℃，反应1小时后，迅速冰水浴降温至30℃以下，出料。
产物为无色透明液体，产物阳离子电荷密度为94.90％，粘度为195厘泊(25℃)，固含量为68.75％，pH＝3.44。
实施例4
将装有温度计、冷凝管、搅拌器、氮气出入口的1升反应釜置于恒温水浴中，向反应釜中通入氮气，15分钟后，开动搅拌，向釜底加入105克去离子水、1.4克二甲基丙酸、0.7克硫酸铝、1.4克三乙醇胺。升温至30℃，开始滴加单体水溶液和引发剂水溶液。其中单体水溶液组成为66克丙烯酰胺、396克丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵和52.5克去离子水，用时70分钟；引发剂水溶液组成为24.5克过氧化氢和52.5克去离子水，用时30分钟。全部滴加完毕后，继续30℃反应1小时，再升温至40℃，反应3小时后，迅速冰水浴降温至30℃以下，出料。
产物为无色透明液体，产物阳离子电荷密度为94.93％，粘度为156厘泊(25℃)，固含量为67.38％，pH＝3.29。
实施例5
将装有温度计、冷凝管、搅拌器、氮气出入口的1升反应釜置于恒温水浴中，向反应釜中通入氮气，20分钟后，开动搅拌，向釜底加入105克去离子水、0.7克单-正十二烷基硫酸钠、0.7克二甲基丙酸、1.7克过硫酸铵、0.4克亚硫酸氢钠。升温至40℃，开始滴加单体水溶液和引发剂水溶液。其中单体水溶液组成为92.4克丙烯酰胺、369.6克甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和52.5克去离子水，用时65分钟；引发剂水溶液组成为20克偶氮二异丁腈、5.2克过氧化苯甲酰、6.3克亚硫酸氢钠和52.5克去离子水，用时30分钟。全部滴加完毕后，继续40℃反应3小时，再升温至75℃，反应0.5小时后，迅速冰水浴降温至30℃以下，出料。
产物为无色透明液体，产物阳离子电荷密度为94.53％，粘度为105厘泊(25℃)，固含量为67.5％，pH＝2.98。
实施例6
在100％漂白针叶木浆中加入0.1％的实施例所得阳离子聚合物(干/干)，在方型抄片机上抄片，并用上光机烘干，同时检测纤维留着率和手抄片的物理性能，包括裂断长(GB/T 12914-1991)、耐破指数(GB/T454-2002)、耐折度(GB/T 457-2002)等。
不同产品对纤维留着率及手抄片物理性能的影响如下表
样品 纤维留着率/％ 裂断长/km 耐折度/次   耐破指数/kPa·m<sup>2</sup>/g
  对比样   89.6   5.01   296   3.4
  实施例1   97.2   6.12   290   3.6
  实施例2   98.9   6.38   386   4.5
  实施例3   98.6   5.96   302   4.3
  实施例4   98.7   6.12   356   4.4
  实施例5   98.2   6.13   317   4.6
对比样为按照中国专利CN1246487A公开的方法制备的阳离子聚合物。
应用实验结果表明，本发明产品不仅纤维留着率明显提高，而且在裂断长、耐折度和耐破指数方面均优于对比样品。

Claims (5)

1.制备造纸用阳离子聚合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将0.01～1.0重量份分子量调节剂、0.1～0.5重量份助剂和15～25重量份水混合制成溶液A；
(2)在氮气保护下，25～60℃，0.1～4小时内，在溶液A中分别加入溶液B和溶液C，加料完毕后，继续反应，时间至少在0.1小时以上；
所述溶液B为46.0～68.0重量份单体和7.5～12.5重量份水的混合溶液；所述单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵或二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上的混合物；
所述溶液C为1.5～7.0重量份引发剂和7.5～12.5重量份水的混合溶液；
(3)升温至40～80℃，继续反应0.5～4小时后，降温至5℃～30℃，得到所述的阳离子聚合物，其阳离子电荷密度为80％～95％，粘度为50～200厘泊，固含量为50～70％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，继续反应，时间为0.1～3小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的分子量调节剂选自硫酸铝、三氯化铁、亚硝酸钠或二甲基丙酸中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的助剂选自EDTA、三乙醇胺、磷酸钠、异丙醇或2，2-偶氮二(2-脒基丙基)二盐酸盐中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的引发剂由10％～60％过硫酸铵、过氧化氢、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、三氯化铝或过硫酸钾中的一种或两种以上的混合物，以及40％～90％亚硫酸氢钠、甲醛亚硫酸氢钠或甲醇中的一种或两种以上混合物组成，组分为重量百分比。
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