CN101210401B - 改性瓜尔胶表面施胶剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改性瓜尔胶表面施胶剂及其制备方法和应用。制备方法包括如下步骤：(1)将50～300重量份的溶剂与50～100重量份瓜尔胶原粉混合；(2)然后加入6～30重量份的碱性催化剂，升温至25～70℃，加入1～10重量份的交联剂，反应2～7小时；(3)用中和剂调节体系pH值为6～9，加入2～15重量份的醚化助剂，升温至35～70℃，保温反应1～6小时；(4)用中和剂调节pH值为7～8，然后从反应产物中收集改性瓜尔胶表面施胶剂。本发明的改性瓜尔胶表面施胶剂，粘度低，取代度高，流动性好，与其他施胶剂有良好配伍性，使用本发明的施胶剂配，纸张的Cobb值、环压指数都有明显改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于表面施胶剂的改性瓜尔胶及其制备方法。本发明产品还可以用作其他种类纸张增强剂。
技术背景
目前瓜尔胶及其改性产品应用于化妆品、石油开采、食品、医药，纺织、建筑和造纸等行业。近年来尤其是在造纸行业，改性瓜尔胶的应用越来越广泛，其作用也越来越为人们所认可。
瓜尔胶是一种豆科植物，为天然的半乳甘露聚糖，主要生长在印度和巴基斯坦干旱地区，其化学结构的主链以(1，4)-β-D甘露糖为单元，侧链由α-D半乳糖组成并以(1，6)键与主链相接。每隔一个甘露糖就有一个半乳糖支链，两者比例大约是2∶1。瓜尔胶能分散在水中，形成高粘度液体，一般瓜尔胶原粉的1％水溶液的粘度为4000～6000mPa.s。天然瓜尔胶有以下缺点：水不溶物含量高；不能快速溶涨水合，溶解速度慢；粘度不易控制；耐电解质、耐微生物降解性较差，但是经研究发现，对瓜尔胶原粉进行改性后可以明显改善以上缺点。
瓜尔胶的改性研究是基于其不同的应用目的展开的，改性的瓜尔胶主要用在日用化学品，油田化学品，造纸工业，矿山开采等方面，并得到大规模的市场认同。国外有1/3的瓜尔胶用于造纸工业。瓜尔胶衍生物在造纸中的应用主要分为浆内添加、表面施胶和涂布涂料，目前三个方面都得到一定程度的应用。浆内添加是瓜尔胶在造纸工业应用的最主要的方面。作为湿部添加剂它可增加纸张的强度和不透明度，提高白度和耐油度，改善印刷性、滤水性和填料留着率。国外对瓜尔胶作为造纸增强剂、助留助滤剂、絮凝剂、打浆增粘剂等领域都进行了深入的研究。由于瓜尔胶分子与纤维素分子结构非常相似，所以它对纤维有很强的亲和力，即使在阴离子垃圾很多的情况下仍能有效的吸附到纤维上发挥作用，故瓜尔胶广泛用作造纸增强剂、助留助虑剂、分散剂、施胶剂等。浆内添加明显的优点是增强、助留助滤，并在助留助滤的同时能有效地维持纸页的匀度，这是一般传统造纸助剂所不及的，它归究于瓜尔胶能以强的微絮聚的方式，并象润滑剂一样使纤维表面平滑，使纤维滑过时不缠结，或说它赋于纤维强的分散作用，同时能提高纸页的透气度。瓜尔胶的另一个良好的特性是能排除阴离子的干扰，这是因为它结构上与纤维素非常近似，这种相似性使得它与纤维有很强的亲和性，导致它与纤维有优先的作用力，因而对再生纤维纸浆值得提倡使用。目前助留剂、助滤剂、增强剂等各种助剂已广泛地应用于造纸工业，成为造纸的基本处理剂。而较近时间研发的天然助剂瓜尔胶的应用，在一定的使用范围已突现出它的优越性能。我国瓜尔胶在卷烟纸和滤嘴棒纸的生产中的应用比较成熟，用它代替CMC与淀粉一起使用有很好的效果。阳离子瓜尔胶也可以与阳离子淀粉及合适的有机酸混合后作为增强和助滤剂，它比单独使用阳离子瓜尔胶或阳离子淀粉效果都好。随着现代造纸的发展，适应高速纸机、零排放以及环保的要求，这种天然的高分子造纸助剂必定会在现代化的造纸工业中发挥更大作用。使用瓜尔胶作表面施胶剂，能够增加纸张的抗水能力及表面强度，可减少胶印中纸张的掉毛现象；改进印刷适性；增加纸张的可擦性，表面施胶可减少油墨的渗透，因而易于把油墨擦掉，增加了纸面的抗磨擦能力；增加纸张的强度，如耐破度、耐折度和抗张强度；减少纸张的两面差和变形。经过生产实践表明使用瓜尔胶能降低表面施胶生产成本，有效的解决提高灰分所引起的掉毛掉粉问题的同时，还能不同程度的改善提高纸张的平滑度、耐折度、表面强度。因此，瓜尔胶是在保证纸品质量的前提下，提高灰分的最理想的表面施胶剂。可减少纸面气孔，提高纸的抗脂性；提高纸张表面光泽度，表面强度和施胶度，减少掉毛掉粉，提高印刷质量；具有良好的流变性和成膜性；增加纸张的挺度、平滑度、控制卷曲。在涂布加工纸中，使用瓜尔胶产品的涂料具有机械及化学稳定性好、流动性和贮存稳定性均佳、填充量大等优点，具有较高的粘结力和结膜强度。
专利CN1936178、CN1936179介绍了高固含改性瓜尔胶水溶液及其制备方法，该瓜尔胶分子中带有阳离子基团，与AKD乳液合用用作浆内施胶剂，可以降低AKD乳液的使用量，降低Cobb值，但是由于该改性物带有阳离子基团，添加使用时尽量避免与阴离子助剂混合加入，否则容易造成絮凝，降低使用效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性瓜尔胶表面施胶剂及其制备方法和应用，以克服上述现有技术存在的不足。
本发明改性瓜尔胶制备方法包括如下步骤：
(1)将50～300重量份的溶剂与50～100重量份瓜尔胶原粉混合；
(2)然后加入6～30重量份的碱性催化剂，升温至25～70℃，加入1～10重量份的交联剂，反应2～7小时；
(3)用中和剂调节体系pH值为6～9，加入2～15重量份的醚化助剂，升温至35～70℃，保温反应1～6小时；
(4)用中和剂调节pH值为7～8，然后从反应产物中收集改性瓜尔胶表面施胶剂。
所说的醚化助剂选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或环氧氯丙烷中的一种以上；
所说的溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、石油醚或丙酮中的一种以上的；
所说的碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、二乙醇胺、三乙醇胺或二乙烯三胺中的一种以上；
所说的交联剂选自甲醛、三氯偏磷或三聚磷酸钠中的一种以上；
所说的中和剂选自盐酸、硫酸或冰乙酸中的一种以上；
所说的醚化助剂选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或环氧氯丙烷中的一种以上；
优选的各物料的含量范围如下(以下份数皆为重量份)：
瓜尔胶原粉50～100份
溶剂50～300份，催化剂6～30份，交联剂3～8份，醚化助剂2～15份，中和剂10～16份。
本发明的改性瓜尔胶表面施胶剂，可以与其他施胶剂，如？？？施胶剂配伍，用于纸张的表面施胶剂。
本发明的改性瓜尔胶表面施胶剂，粘度低，取代度高，流动性好，与其他施胶剂有良好配伍性，单独使用本发明或本发明与其他施胶剂配伍使用，纸张的Cobb值、环压指数都有明显改善。
具体实施方式
实施例1
常温下往反应釜中加入50克甲醇，将50克瓜尔胶原粉分散均匀后，加入重量浓度50％氢氧化钠溶液6克，升温至20℃，随后缓慢加入环氧氯丙烷3克，继续保温反应5小时，然后缓慢加入醚化助剂环氧乙烷2克，升温至70℃，保温反应1小时，降温出料，用盐酸12克中和pH为7，抽滤，烘干粉碎，密封包装待用。
实施例2
常温下往反应釜中加入150克石油醚，将70克瓜尔胶原粉分散均匀后，加入重量浓度50％三乙醇胺溶液15克，升温至50℃，随后缓慢加入三氯偏磷5克，保温反应2小时，然后缓慢加入醚化助剂环氧丙烷5克，然后升温至35℃，保温反应3小时，降温出料，用醋酸16克中和pH为8，抽滤，烘干粉碎，密封包装待用。
实施例3
常温下往反应釜中加入200克丙酮，将80克瓜尔胶原粉分散均匀后，加入重量浓度50％二乙烯三胺溶液20克，升温至80℃，随后缓慢加入三聚磷酸钠8克，保温反应7小时，然后缓慢加入醚化助剂环氧丁烷8克，然后升温至45℃，保温反应5小时，降温出料，用硫酸10克中和pH为7，抽滤，烘干粉碎，密封包装待用。
实施例4
常温下往反应釜中加入300克乙醇，将100克瓜尔胶原粉分散均匀后，加入重量浓度50％三乙醇胺溶液30克，升温至60℃，随后缓慢加入三氯偏磷8克，保温反应5小时，然后缓慢加入醚化助剂环氧氯丙烷15克，然后升温至55℃，保温反应6小时，降温出料，用醋酸14克中和pH为8，抽滤，烘干粉碎，密封包装待用。
实施例5
改性瓜尔胶在卷烟纸表面施胶中的应用：
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℃，再分别加入1.5克实施例1～4配方改性瓜尔胶，再加水稀释至8％(重量)，溶涨30分钟后使用。
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。
在卷烟纸上表面施胶：
使用实施例1～4配方与氧化淀粉配合配制的糊化液在120克卷烟纸上用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。
由以上Cobb值、环压指数测试得知，使用实施例1～4配方与氧化淀粉配合进行表面施胶，Cobb值、环压指数都有明显改善。
Claims (4)
1.一种改性瓜尔胶表面施胶剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将50～300重量份的溶剂与50～100重量份瓜尔胶原粉混合；
(2)然后加入6～30重量份的碱性催化剂，升温至25～70℃，加入1～10重量份的交联剂，反应2～7小时；
(3)用中和剂调节体系pH值为6～9，加入2～15重量份的醚化助剂，升温至35～70℃，保温反应1～6小时；
(4)用中和剂调节pH值为7～8，然后从反应产物中收集改性瓜尔胶表面施胶剂；
所说的醚化助剂选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或环氧氯丙烷中的一种以上；
所说的碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、二乙醇胺、三乙醇胺或二乙烯三胺中的一种以上；
所说的交联剂选自甲醛或三聚磷酸钠中的一种以上；
所说的中和剂选自盐酸、硫酸或冰乙酸中的一种以上；
所说的溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、石油醚或丙酮中的一种以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各物料的重量份为：
瓜尔胶原粉50～100份，溶剂50～300份，催化剂6～30份，交联剂3～8份，醚化助剂2～15份，中和剂10～16份。
3.根据权利要求1或2所述方法制备的改性瓜尔胶表面施胶剂。
4.根据权利要求3所述的改性瓜尔胶表面施胶剂的应用，其特征在于，用于纸张的表面施胶剂。
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