CN101302730B - 一种表面施胶增强剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纸张表面施胶增强剂的制备方法，首先将一定量的正硅酸乙酯在催化剂作用下使其发生水解缩聚反应，并通过控制催化剂的用量，制得不同水解度的硅溶胶；将其与聚乙烯醇水溶液复配即可制得表面施胶增强剂。本发明工艺简单，操作方便，产品兼具有机高分子/无机互穿三维网络结构，既具高分子的柔韧性，又具无机的刚性和耐磨性，且分子结构中含有大量活性基团，具有良好的抗水性，吸墨性和成膜性能，可大幅度提高纸张的耐水性、表面强度和耐洗涤性，解决掉毛掉粉问题。
Description
技术领域
本发明属于精细化学品制备工艺领域，特别涉及一种高分子/无机杂化纸张表面施胶增强剂的制备方法。
背景技术
聚乙烯醇是一种独特的水溶性高分子，无毒无害，由于其优异的粘结性、柔韧性、平滑性、耐油耐溶剂性、气体阻绝性、耐磨性、保护胶体性等特性而得到广泛应用。同时其还具有耐矿物油、油脂、润滑剂和大多数有机溶剂的特性。聚乙烯醇(PVA)是最多用的高分子表面施胶剂，常与淀粉混合使用。其可满足一般纸张对强度和施胶度等方面的要求，但在填料用量较大时存在掉毛、掉粉现象，使强度和抗水性降低。此外，聚乙烯醇对纸张纤维的亲和力较差，表面施胶后的纸张在干燥过程中，随着水分的不断蒸发和膜层的不断收缩，很容易造成覆盖在纸液表面的膜破裂，在印刷过程中易出现掉粉、掉毛现象；同时对于高性能纸种(如钞票纸、纸牌纸、海图纸、证券纸、地图纸、胶版印刷纸、白纸板、条纹牛皮纸等)效果不理想。目前，亦有研究者将聚乙烯醇(PVA)与戊二醛进行轻度交联的产物用作表面涂布剂，有满意的抗水效果，但其需在酸性条件下才能发挥作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有良好耐溶剂性能、成膜性能、黏结性能及增强作用的高分子/无机杂化表面施胶增强剂。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
(I)将正硅酸乙酯与溶剂按1∶1-10的摩尔比混合均匀制得溶液A；
(II)向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为0.5-5∶1，滴加时间为0.5-2小时，滴加完毕后，继续反应0-2小时，制得溶液B；
(III)向溶液B中滴加催化剂，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.001-0.1∶1，滴加时间1-60分钟，继续反应6-48小时，制得硅胶溶液C；
(IV)将聚乙烯醇和去离子水按1-20∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至80-100℃，保温1-3小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至50-65℃制得聚乙烯醇水溶液D；
(V)将溶液D和阳离子醚化剂按100∶1-40的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至8-10，于50-70℃反应1-3小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；
(VI)将溶液C和溶液D(或溶液E)按1-400∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
本发明的溶剂为乙醇、异丙醇或两者以任意比例的混合物；催化剂为硫酸、盐酸、甲酸、乙酸、草酸、硝酸、硫酸二甲酯中的一种或其中一种以上任意比例的混合物；或氨、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、三甲胺、三乙胺、三乙醇胺中的一种或其中一种以上任意比例的混合物；聚乙烯醇采用0588，1099、1750、1788、1799、2099、2488、2497中的一种或其中一种以上任意比例的混合；阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或其中一种以上任意比例的混合。
本发明工艺简单，操作方便，原材料价廉易得。可广泛用于纸张、纸板的表面增强施胶剂和表面涂布。鉴于杂化体系的多活性点、硅溶胶的表面交联增强作用、及兼具高分子柔韧性及无机刚性和耐磨性的高分子/无机互穿三维网络结构，本发明产品与纤维具有优良的亲和力，可增加纤维间的结合强度，解决纸张表面性能的要求(如表面强度、抗水性、平滑度、吸油性、油墨印刷适印性等，显著减少掉毛掉粉及彩色印刷中串色、透印等现象，提高油墨的光亮度和鲜艳程度；同时，亦可使纸张满足高档纸张或特种纸张的要求指标，如彩色纸张的耐洗涤性能、耐溶剂性。
具体实施方式
实施例1：将正硅酸乙酯与乙醇按1∶10的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为3∶1，滴加时间为2小时，滴加完毕后得溶液B；向溶液B中滴加催化剂硫酸，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.1∶1，滴加时间10分钟，继续反应40小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇0588和去离子水按10∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至90℃，保温2小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至52℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液C和溶液D按400∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例2：将正硅酸乙酯与异丙醇按1∶5的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为2∶1，滴加时间为1小时，滴加完毕后，继续反应1小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂盐酸，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.01∶1，滴加时间50分钟，继续反应20小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇1099和去离子水按15∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至80℃，保温1小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至55℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液C和溶液D按50∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例3：将正硅酸乙酯与乙醇和异丙醇两者以任意比例的混合物按1∶5的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为5∶1，滴加时间为0.8小时，滴加完毕后，继续反应2小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂乙酸，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.001∶1，滴加时间30分钟，继续反应6小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇1750和去离子水按18∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至100℃，保温3小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至63℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液D和阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵按100∶5的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至9，于50℃反应1小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；将溶液C和溶液E按200∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例4：将正硅酸乙酯与乙醇按1∶3的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为1∶1，滴加时间为1.5小时，滴加完毕后，继续反应0.5小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂草酸和硝酸、硫酸二甲酯以任意比例的混合物；其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.005∶1，滴加时间1分钟，继续反应30小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇1788和去离子水按5∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至85℃，保温1.5小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至58℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液D和阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵按100∶30的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至8，于60℃反应3小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；将溶液C和溶液E按1∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例5：将正硅酸乙酯与异丙醇按1∶1的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为4∶1，滴加时间为1.8小时，滴加完毕后，继续反应1.5小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂氨，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.05∶1，滴加时间20分钟，继续反应10小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇1799和去离子水按20∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至95℃，保温2.5小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至50℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液D和阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵按100∶10的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至10，于70℃反应2小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；将溶液C和溶液E按300∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例6：将正硅酸乙酯与乙醇按1∶4的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为0.5∶1，滴加时间为1.3小时，滴加完毕后，继续反应1.8小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂氢氧化钠，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.008∶1，滴加时间40分钟，继续反应35小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇2488和去离子水按1∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至88℃，保温1小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至65℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液D和阳离子醚化剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵按100∶40的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至8，于55℃反应1小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；将溶液C和溶液E按100∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
实施例7：将正硅酸乙酯与乙醇按1∶9的摩尔比混合均匀制得溶液A；向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为2.5∶1，滴加时间为0.5小时，滴加完毕后，继续反应1.3小时，制得溶液B；向溶液B中滴加催化剂三甲胺与三乙胺以任意比例的混合物，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.03∶1，滴加时间25分钟，继续反应48小时，制得硅胶溶液C；将聚乙烯醇0588和1099以任意比例的混合和去离子水按7∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至93℃，保温3小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至60℃制得聚乙烯醇水溶液D；将溶液D和阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵以任意比例的混合按100∶1的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至10，于65℃反应3小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；将溶液C和溶液E按250∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
本发明工艺简单，操作方便，产品兼具有机高分子/无机互穿三维网络结构，既具高分子的柔韧性，又具无机的刚性和耐磨性，且分子结构中含有大量活性基团，具有良好的抗水性，吸墨性和成膜性能，可大幅度提高纸张的耐水性、表面强度和耐洗涤性，解决掉毛掉粉问题。
Claims (2)
1.一种表面施胶增强剂的制备方法，其特征在于：
(I)将正硅酸乙酯与溶剂按1∶1-10的摩尔比混合均匀制得溶液A；所述的溶剂为乙醇、异丙醇或两者以任意比例的混合物；
(II)向溶液A中滴加水，其中水与正硅酸乙酯的摩尔比为0.5-5∶1，滴加时间为0.5-2小时，滴加完毕后，继续反应0-2小时，制得溶液B；
(III)向溶液B中滴加催化剂，其中催化剂与正硅酸乙酯的摩尔比0.001-0.1∶1，滴加时间1-60分钟，继续反应6-48小时，制得硅胶溶液C；所述的催化剂为硫酸、盐酸、甲酸、乙酸、草酸、硝酸、硫酸二甲酯中的一种或其中一种以上任意比例的混合物；或氨、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、三甲胺、三乙胺、三乙醇胺中的一种或其中一种以上任意比例的混合物；
(IV)将聚乙烯醇和去离子水按1-20∶100的质量比加入到干燥反应器中，加热至80-100℃，保温1-3小时使反应器中的聚乙烯醇完全溶解后，降温至50-65℃制得聚乙烯醇水溶液D；
(V)将溶液D和阳离子醚化剂按100∶1-40的质量比混合均匀后，用碱调节体系pH值至8-10，于50-70℃反应1-3小时制得阳离子化聚乙烯醇溶液E；
(VI)将溶液C和溶液D或溶液E按1-400∶100的质量比混合均匀，即可制得表面施胶增强剂。
2.根据权利要求1所述的表面施胶增强剂的制备方法，其特征在于：所述的阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或其中一种以上任意比例的混合。
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