CN101225621A - 一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种造纸助剂，具体是提供一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法。该高分子造纸助剂是以丙烯酰胺－苯乙烯共聚物中丙烯酰胺链节∶次氯酸钠∶氢氧化钠＝1∶(0.5～1)∶(1～9)的摩尔比，经霍夫曼反应而成。制备时，在0℃～45℃的反应温度下，边搅拌边加入一定量的次氯酸钠和氢氧化钠水溶液，反应0.5小时～8小时后，得到白色或淡黄色的乳液，室温下保存即可。该高分子乳液产品用于造纸，将其加入到浆料中，尤其是再生瓦楞纸浆中，可显著提高纸张的干-湿抗张强度和环压强度，同时还能有效改善浆料滤水性能、提高微细组分的留着，可作为造纸、尤其是瓦楞纸生产中的纸张增干强剂、纸张增湿强剂、环压增强剂和助滤助留剂。

Description

一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸助剂技术领域，具体是通过丙烯酰胺-苯乙烯共聚物乳液的霍夫曼反应，提供具有助滤助留性能、提高纸张干-湿抗张强度和环压强度的多功能高分子造纸助剂及其制备方法。
背景技术
2007年10月国家发改委发布的国家产业政策中已明确将造纸业定义为具有可持续发展特点的重点产业，造纸业也是近10年来少数几个其产量增长率超过GDP增长率的产业之一，展示着良好的发展前景。但近年来随着废纸利用的增加、抄纸车速的提高和吨纸新鲜用水的减少等抄纸条件的变化，对造纸助剂的性能和应用技术提出了越来越高的要求，造纸界普遍认为二十一世纪的造纸工业是造纸助剂的时代。
就瓦楞原纸生产而言，随着我国加入WTO，对外贸易迅速发展，2005年已超过日本成为世界第三贸易大国。对外贸易的增加也导致对包装材料，尤其是高强度瓦楞纸的需求迅速增加，目前国内生产不能满足对外贸易的需求，国家每年花费几亿美元的外汇进口100多万吨的高强度低定量的瓦楞原纸。目前，国内主要利用废纸生产瓦楞原纸，由于废纸来源广，加上被重复利用，其杂质多，纤维短，因而所生产的瓦楞纸的质量较差，表现在纵向裂断长和横向环压指数较低。因此，如何在目前的生产条件下提高瓦楞纸的强度是造纸业的一个亟待解决的重大技术难题。
通过造纸湿部添加纸张增强剂是提高瓦楞纸强度的一个经济而简便的方法。聚丙烯酰胺(PAM)自1955年开发以来，已发展成为造纸中广泛使用的一类高分子助剂，包括非离子型聚丙烯酰胺(NPAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)、两性聚丙烯酰胺(AmPAM)。随着废纸利用的增加、抄纸车速的提高和吨纸新鲜用水的减少等抄纸条件的变化，对CPAM和AmPAM的需求日益增多。目前国内外制备CPAM和AmPAM的主要方法有：(1)通过霍夫曼降解反应，制得阳离子聚乙烯胺；(2)通过曼尼其反应得到阳离子PAM；或与改性三聚氰胺树脂水溶液在盐酸作用下反应制备阳离子型干增强剂；(3)通过不同类型的功能性单体(带有阳离子、阴离子、非离子功能团)与丙烯酰胺单体的共聚反应制备出各种实际需要的CPAM和AmPAM，它是目前国内外发展最快的合成方法。但是由于阳离子单体的品种少、价格高，共聚方法受到了极大的限制，而且常用的CPAM和AmPAM产品多为叔胺型和季铵盐型，其性能往往不如伯胺型和仲胺型的CPAM和AmPAM。发明者在对聚丙烯酰胺的Hofmann反应机理的研究中，观察到了在适合的条件下聚丙烯酰胺(PAM)的主链上可存在一定量的具有反应性的N-氯代酰胺基，这些反应性的基团在纸页形成的过程中，在PAM与PAM之间或PAM与纤维间形成共价键，并在《中国造纸》和《Japan TappiJournal》上发表了关于反应性纸张增强剂-N-Cl-PAM的纸张增强效果：在添加量为0.5％时，可使纸张的干、湿强度都提高40％以上。但该纸张增强剂存在二个问题阻碍着新产品的推广，一是PAM水溶液粘度大，浓度低，经Hofmann反应后的溶液中有效组分不超过2％，导致运输成本高、操作性差；二是该反应性纸张增强剂与现有的纸张增强剂一样，对纸张的抗压强度作用小。
发明者曾在《中国造纸学报》上发表了阳离子型聚丙烯酰胺乳液的制备的初步研究结果，文中公开了丙烯酰胺-苯乙烯共聚物中丙烯酰胺链节∶次氯酸钠∶氢氧化钠＝1∶1∶10的比例，如文中所指，实验室检测数据较好。进一步研究表明，由于制备过程使用了较大比例的碱来提高阳离子性，使得高分子链的断裂加剧，对提高纸张的抗张强度和环压强度的作用小，最终研究成果未能在造纸上得到应用。为使制备的助剂具有突出的效果和显著的特点，调整碱和次氯酸钠的用量成为制备该造纸助剂的关键，以达到同时提高纸和纸板的干、湿抗张强度和环压强度以及具有助滤助留性能的多功能造纸助剂的目的。
发明内容
本发明的目的是针对再生浆生产瓦楞原纸存在质量较差，尤其是横向环压指数较低的缺点，提供一种能应用于实际生产中提高瓦楞原纸干、湿抗张强度和环压强度以及具有助滤助留性能的造纸助剂的制备方法。其技术方案是：它是以丙烯酰胺-苯乙烯(以下简称AM-ST)共聚物乳液、次氯酸钠、氢氧化钠为原料，经霍夫曼反应而成。
为实现本发明目的所采用的具体技术，其特征是：
材料与摩尔比  丙烯酰胺-苯乙烯共聚物中丙烯酰胺链节∶次氯酸钠∶氢氧化钠＝1∶(0.5～1)∶(1～9)。
制备方法  在AM-ST共聚物乳液中，在0℃～45℃的反应温度下，边搅拌边加入次氯酸钠和氢氧化钠水溶液，反应0.5小时～8小时后，得到白色或淡黄色的乳液，室温下保存。
本发明所述的AM-ST共聚物乳液为AM∶ST＝0.5～0.9(质量比)的共聚物乳液。
本发明所述的次氯酸钠、氢氧化钠为工业品或化学纯。
本发明所述的多功能高分子造纸助剂，其特征是高分子链上含有氨基、酰胺基、苯基等官能团的乳液，遇水易分散，可作为造纸、尤其是瓦楞纸生产中的纸张增干强剂、纸张增湿强剂、环压增强剂和助滤助留剂。
本发明的优点是：(1)AM-ST共聚物乳液经霍夫曼反应后，主链上的酰胺基大部分转变成伯胺基而显阳离子性质以及少量的N-氯代酰胺基、异腈酸酯基而显反应性；(2)该高分子乳液加入到浆料中，在近中性抄纸条件下可有效吸附微细纤维等细小组分，提高浆料的滤水性能和细小组分的留着；并且通过高分子链上的苯环、氨基和反应性基团提高纸张的环压强度和干-湿抗张强度。(3)由于采用AM-ST共聚物乳液原料，高分子乳液产品的固含量可达20％以上，遇冷水的分散性好。(4)由于该高分子乳液产品是通过AM-ST共聚物乳液与次氯酸钠反应得到，易实现低成本生产。
具体实施方式：
实施例1
在反应釜中加入5千克固含量为30％的AM-ST乳液，在5℃的反应温度下，边搅拌边加入12千克有效氯为4.3％的次氯酸钠水溶液和7.4千克40％的氢氧化钠水溶液，5℃下反应7小时，得到淡黄色多功能高分子造纸助剂乳液(简称AMST-CA05)。
将AMST-CA05以0.5％添加到再生瓦楞纸浆中(均为固体计算)，实测纸张增强效果和助滤助留效果见表1和表2：
表1AMST-CA05的纸张增强效果
  定量(g/m2)   干抗张指数(Nm/g)   湿抗张指数(Nm/g)   环压指数(Nm/g)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   127130   10.5214.41   0.320.88   5.738.32
表2AMST-CA05的助滤助留效果
  打浆度(°SR)   滤水时间(s)   白水浊度(NTU)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   38.527.8   78.642.3   47.621.7
实施例2
在反应釜中加入5千克固含量为30％的AM-ST乳液，在25℃的反应温度下，边搅拌边加入10.5千克有效氯为4.3％的次氯酸钠水溶液和6.3千克40％的氢氧化钠水溶液，25℃下反应2.5小时，得到淡黄色乳液(简称AMST-BA25)。
将AMST-BA25以0.5％添加到对再生瓦楞纸浆中(均为固体计算)，实测纸张增强效果和助滤助留效果见表3和表4：
表3AMST-BA25的纸张增强效果
  定量(g/m2)   干抗张指数(Nm/g)   湿抗张指数(Nm/g)   环压指数(Nm/g)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   128130   10.8313.96   0.350.81   5.988.91
表4AMST-BA25的助滤助留效果.
  打浆度(°SR)   滤水时间(s)   白水浊度(NTU)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   37.528.5   77.452.1   48.127.6
实施例3
在反应釜中加入5千克固含量为30％的AM-ST乳液，在40℃的反应温度下，在搅拌下加入14千克有效氯为4.3％的次氯酸钠水溶液和15千克40％的氢氧化钠水溶液，40℃下反应50分钟，得到黄色乳液(简称AMST-DC40)。
将AMST-DC40以0.5％的量添加到对再生瓦楞纸浆中(均为固体计算)，实测纸张增强效果和助滤助留效果见表5和表6：
表5AMST-DC40的纸张增强效果
  定量(g/m2)   干抗张指数(Nm/g)   湿抗张指数(Nm/g)   环压指数(Nm/g)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   127132   10.2812.23   0.350.56   5.827.06
表6AMST-DC40的助滤助留效果
  打浆度(°SR)     滤水时间(s)     白水浊度(NTU)
  未添加造纸助剂添加造纸助剂   36.525.0     76.343.2     46.220.3

Claims (6)

1.一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法，其特征是：
材料与摩尔比
丙烯酰胺-苯乙烯(简写为AM-ST)共聚物中丙烯酰胺链节∶次氯酸钠∶氢氧化钠＝1∶(0.5～1)∶(1～9)；
制备方法
在AM-ST共聚物乳液中，边搅拌边加入次氯酸钠和氢氧化钠水溶液，反应后，室温下保存。
2.根据权利要求1所述的一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法，其特征是所述的AM-ST共聚物乳液为AM∶ST＝0.5～0.9(质量比)的共聚物乳液。
3.根据权利要求1所述的一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法，其特征是加入次氯酸钠和氢氧化钠水溶液进行反应时，反应温度为0℃～45℃。
4.根据权利要求1所述的一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法，其特征是加入次氯酸钠和氢氧化钠水溶液进行反应时，反应时间为0.5小时～8小时。
5.根据权利要求1所述的一种多功能高分子造纸助剂及其制备方法，其特征是所述的次氯酸钠、氢氧化钠为工业品或化学纯。
6.根据权利要求1所述的一种多功能高分子造纸助剂，其特征是可作为造纸、尤其是瓦楞纸生产中的纸张增干强剂、纸张增湿强剂、环压增强剂和助滤助留剂。
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