CN101148842B - 纸张表面施胶剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纸张表面处理剂，提供了一种纸张表面施胶剂及其制备方法。将阳离子单体、交联单体、(甲基)丙烯酸酯类单体与(甲基)苯乙烯加入由分散剂、乳化剂和引发剂组成的混合乳液中，进行自由基乳液聚合，获得纸张表面施胶剂。本发明的纸张表面处理用施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能、环保的产品。该产品与淀粉一起对纸张进行表面施胶，不但可大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度，基本下机就熟，而且不存在返潮现象，因而可以降低纸张克重，用部分废纸甚至是100％的废纸代替木浆，简化施胶工艺、提高施胶剂的留着率，降低成本、提高产品质量。

Description

纸张表面施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纸张表面处理剂，具体涉及一种纸张表面施胶剂及其制备方法。

背景技术

纸张，特别是瓦楞纸、板纸的发展趋势表现在：

1)正从高克重向低克重方向发展。

2)采用废纸代替木浆，但成纸的强度差，吸水值高。

3)由于内部施胶可变因素较多，导致的纸张质量不稳定、档次很难提高，使得生产厂家少用或放弃内部施胶，采用表面施胶进行弥补的工艺成为流行趋势。

用于上述表面施胶的施胶剂要求：a)提高环压强度；b)大幅降低Cobb值(吸水值)；c)熟化速度快，要求下机就熟。

但是现在的表面施胶剂存在着返潮现象，即纸张在存放一段时间后，其Cobb值会有明显的降低，这个现象在低温和潮湿的环境下尤其明显。

中国专利CN1944792公开了一种施胶剂，虽然能达到提高环压强度，且熟化速度较快的效果；但是它的返潮现象仍然明显。

发明内容

本发明的目的是提出一种纸张表面施胶剂及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的纸张表面处理用施胶剂的制备方法，包括以下步骤：

将阳离子单体、交联单体、(甲基)丙烯酸酯类单体与(甲基)苯乙烯加入由分散剂、乳化剂和引发剂组成的混合乳液中，进行自由基乳液聚合，反应温度为40℃～95℃，反应时间为2～8小时，获得纸张表面施胶剂，产物的pH＝2～6，重量固含量20％～40％，平均粒径20nm～80nm，阳离子度0.02～0.2；

反应体系中，组分和重量百分比含量包括：

分散剂        0.4％～8％

乳化剂        0.04％～2％

引发剂        0.02％～2％

阳离子单体    2％～12％

交联单体              0.4％～8％

(甲基)丙烯酸酯类单体  0.4％～12％

(甲基)苯乙烯          4％～28％

水                    60％～80％

所说的分散剂为明胶；

所说的乳化剂为阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂选自C_12～18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵(n＝5～20)中的至少一种；

所说的引发剂选自过硫酸盐；

优选重均分子量为10000～100000的明胶；

所说的阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、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一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种以上；

所说的交联单体选自丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-丁氧甲基丙烯酸、丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯、二甲基间异丙烯基苯基异氰酸酯、甲基丙烯酸丙基-甲基-二乙氧基硅氧烷中的的一种以上；

所说的(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的一种以上；

所说的过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵的至少一种；

本发明纸张表面处理用施胶剂的制备方法中，众所周知的是加入聚乙烯醇能明显提高的体系的稳定性，但是本发明人发现在该体系中效果并不明显，而引入明胶效果相当明显；从机理上讲，阳离子度越大所制得的水分散体与纤维的结合力越强，但是本发明人发现阳离子度超过0.2时与纤维的结合力反而降低，因此阳离子度须控制在0.02～0.2的范围内；引入的阳离子与非离子复合的乳化剂比通常乳液聚合用乳化剂用量少，能明显降低Cobb值。对于该水分散体平均粒径，本发明人发现在20nm～80nm熟化速度最快，超过此范围熟化速度则会变慢。

发明人意外的发现，加入交联单体不但能起到加快熟化速度的作用，而且可以有效达到防止返潮的作用。这可能是因为加入交联单体后能形成连续致密的膜层，大大降低其吸水性。

本发明的纸张表面施胶剂，能够用于瓦楞纸、板纸或白卡纸的表面处理。

本发明的纸张表面处理用施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能、环保的产品。该产品与淀粉一起对纸张进行表面施胶，不但可大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度，基本下机就熟，而且不存在返潮现象，因而可以降低纸张克重，用部分废纸甚至是100％的废纸代替木浆，简化施胶工艺、提高施胶剂的留着率，降低成本、提高产品质量。

具体实施方式

实施例1

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入52克分子量为10000的明胶，257.4克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至45℃。

加入52克25％十四烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵，加热至95℃，加入13克20％过硫酸铵，滴加以下混合单体：苯乙烯52克，丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵78克，N-丁氧甲基丙烯酸52克，丙烯酸正丁酯10.4克，1小时加完。于95℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝2.0。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量39.8％，平均粒径21nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.2(采用GB12309-90方法测定)。

实施例2

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入2.6克分子量为100000的明胶，495.4克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至45℃。加入13克10％十二烷基聚氧乙烯(20)三甲基氯化铵，加入13克50％过硫酸钾，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯91克，甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵13克，二乙烯基苯2.6克，甲基丙烯酸异辛酯13克，6小时加完。于40℃维持反应2小时，冷却至25℃，pH＝5.0。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量20.2％，平均粒径49nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.02(采用GB12309-90方法测定)。

实施例3

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入9.4克分子量为80000的明胶，455.7克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至45℃。加入4克10％十四烷基聚氧乙烯(8)三甲基氯化铵，加热至60℃，加入1克20％过硫酸钠，滴加以下混合单体：苯乙烯60克，甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵15克，二烯丙基二甲基氯化铵25克，丙烯酸氨基乙酯30克，甲基丙烯酸甲酯60克，4小时加完。于60℃维持反应2小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量30.3％，平均粒径79nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.14(采用GB12309-90方法测定)。

实施例4

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入16.5克分子量为50000的明胶，483.7克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至35℃。加入3.4克25％十八烷基聚氧乙烯(5)三甲基氯化铵，加热至70℃，加入1.7克50％过硫酸铵，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯102.3克，甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵24.8克，N-羟甲基丙烯酰胺16.5克，甲基丙烯酸甲酯3.3克，3小时加完。于70℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量25.3％，平均粒径65nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.09(采用GB12309-90方法测定)。

实施例5

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入34.5克分子量为20000的明胶，397.8克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至35℃。加入19.6克25％十六烷基聚氧乙烯(10)三甲基氯化铵，加热至80℃，加入13.8克50％过硫酸钾，滴加以下混合单体：苯乙烯69克，二烯丙基二甲基氯化铵37.5克，甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵20克，双丙烯酸乙二醇酯11.5克，丙烯酸甲酯46克，2小时加完。于80℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量35.4％，平均粒径33nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.17(采用GB12309-90方法测定)。

实施例6

在纸张上表面施胶：糊化液的配制：配制500克10％氧化淀粉，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入实施例1～5配方的施胶剂，再加水稀释至8％。

Cobb值测定：采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的XSH型可勃吸收性测定仪按GB/T 1540-1989方法检测待测纸样。

环压强度测定：采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的CT300A压缩强度测试仪检测待测纸样。

A)在瓦楞纸上表面施胶：

使用实施例1～5配方配制的糊化液在120克瓦楞纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2g/m²，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷却至室温进行测定，然后再将分别将其于常温和5℃环境下存放5天后再测定。

从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的施胶剂，与比较样相比，不但能大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度，而且无返潮现象。

Claims (6)

1.制备纸张表面施胶剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：将阳离子单体、交联单体、(甲基)丙烯酸酯类单体与(甲基)苯乙烯加入由水、分散剂、乳化剂和引发剂组成的混合乳液中，进行自由基乳液聚合，获得纸张表面施胶剂；

反应体系中，组分和重量百分比含量为：

分散剂              0.4％～8％

乳化剂              0.04％～2％

引发剂              0.02％～2％

阳离子单体          2％～12％

交联单体            0.4％～8％

(甲基)丙烯酸酯类单体0.4％～12％

(甲基)苯乙烯        4％～28％

水                  60％～80％

所说的分散剂为明胶；

所说的乳化剂为阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂选自C_12～18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵中的至少一种，n＝5～20；

所说的阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、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一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、二烯丙基二甲基氯化铵中的一种以上；

所说的交联单体选自丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯、二乙烯基苯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-丁氧甲基丙烯酸、丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯、二甲基间异丙烯基苯基异氰酸酯、甲基丙烯酸丙基-甲基-二乙氧基硅氧烷中的一种以上；

所说的(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的一种以上；

所说的引发剂选自过硫酸盐。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，明胶重均分子量为10000～100000。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，反应温度为40℃～95℃，反应时间为2～8小时。

5.采用权利要求1～4任一项所述方法制备的纸张表面施胶剂。

6.权利要求5所述的纸张表面施胶剂用于瓦楞纸、板纸或白卡纸的表面处理。