CN101654892A - 一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于造纸化学品领域，特别是涉及一种瓜尔胶超微粒子的制备方法，所采用的制备方法是使用阳离子瓜尔胶与聚阴离子通过凝胶化反应制备超微粒子，制备方法包括下述步骤：(1)将100重量份的阳离子瓜尔胶溶解在水中配成浓度为0.5～20mg/ml的溶液；将0.1～60重量份的聚阴离子在水中配成浓度为1～60mg/ml的溶液；(2)将上述聚阴离子的水溶液缓慢滴加到阳离子瓜尔胶的水溶液中，搅拌5～60min，得到分散均匀的超微粒子；所述的聚阴离子为三聚磷酸钠、聚苹果酸钠、羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠中的一种或几种。本制备方法工艺简单，反应条件温和，所制得的阳离子瓜尔胶超微粒子呈规则的圆球性，尺寸均一，稳定性高，重复性好，粒子表面电荷为正值。

Description

一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法

技术领域

本发明属于造纸化学品领域，特别是涉及一种瓜尔胶超微粒子的制备方法。

背景技术

瓜尔胶是从种植于印巴次大陆的豆科植物—瓜尔豆中提取的一种植物胶，它在化学性质上是聚半乳糖甘露糖。由于其独特的分子结构及物理化学特性，使它成为一种很有潜力的新型环保助剂。瓜尔胶的首要特点是其生长于高温、干旱的环境中，因此不耐水，在冷水中就可以水化、溶解，这与淀粉系列助剂的使用需要糊化相比是一个很大的优势。瓜尔胶的另一特点是分子结构与纤维素分子非常相似。瓜尔胶分子中甘露糖单元通过1，4-β苷键连接成主链，半乳糖支链则以1，6-α键间隔与甘露糖主链相连，与纤维素分子的相似性使它易于吸附到纤维上产生助留效果。天然瓜尔胶作为造纸助剂时，可以提高纸页强度，减少灰斑形成并提高纸页匀度。

近几年来，瓜尔胶系列助剂在卷烟纸行业中得到了广泛应用。瓜尔胶用于卷烟纸不但具有优良的助留、助滤和增强效果，而且抄成的纸在燃烧时没有异味，满足卷烟用纸的需要。在浆料中添加瓜尔胶具有以下优点：①提高纸张的抗张强度；②提高表面强度，改善印刷适性；③提高填料、细小纤维的留着率；④改善成纸匀度，瓜尔胶以微絮聚的方式改善纸机网部的滤水性能，纸张的匀度不会被破坏；⑤减小纸张的两面差；⑥提高纸板的层间结合强度。但是，瓜尔胶原粉在使用过程中总会有不尽入意之处，它会造成滤水困难等，因此人们常用化学手段改变其理化特性以满足实际工业生产的需要。为了提高其使用效果和扩大其应用范围，目前已经开发了很多瓜尔胶的变性产品，根据其离子性能的不同可分为阳离子型、阴离子型、非离子型瓜尔胶以及磷酸瓜尔胶和两性瓜尔胶等。各种类型的瓜尔胶有不同的性能和功用，要根据生产上的具体情况进行选用。

阳离子型瓜尔胶能有效改善助留，显著提高填料的留着率，对纸张的匀度没有太大影响，不影响脱水。用量一般为0.03％～0.08％，添加点一般在纸机的冲浆泵之前或在保证均匀分散的情况下直接加到纸机的流浆箱之前。阳离子型瓜尔胶溶液应稀释到约0.1％的浓度后使用。

Derek等人对4种造纸助剂阳离子淀粉(CS)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阳离子瓜尔胶(CGG)、阳离子聚乙烯醇(CPVA)的助留助滤效果在动态滤水仪上进行了试验研究。他们发现：阳离子瓜尔胶无论是对细小纤维还是填料，其助留助滤效果都是最好的。王登远在卷烟纸中加入化学改性的阳离子瓜尔胶，根据实验得出了在卷烟纸中加入化学改性的阳离子瓜尔胶可以提高细小纤维和填料的网部留着率、灰分，随着网部留着率的提高，节省了生产成本。Burnfield研究发现将阳离子瓜尔胶、阳离子淀粉按一定比例预先混合，经糊化后使用，阳离子淀粉的增强及阳离子瓜尔胶的助留助滤效果都能得到有效地发挥。而且它比不经预先混合而分别使用两种助剂相比，强度提高20％左右，更重要的是它消除了单独使用阳离子瓜尔胶时“粉尘”(瓜尔胶粉)对人体的危害及耗水量大的弊端。万小芳等对一步泥浆法合成新型助留助滤剂—阳离子羟乙基瓜尔胶(CVG)，及将其用于废新闻纸浆的抄造过程进行了探讨。当CVG以0.2％(以绝干浆计)的用量添加到废新闻纸浆中，细小组分的单程留着率提高了40％，打浆度减小了37％。另外，万小芳等还研究了阳离子瓜尔胶/膨润土二元助留助滤剂在脱墨浆中的应用，研究了膨润土用量、pH值、电导率、剪切力对阳离子瓜尔胶/膨润二元体系的助留助滤性能的影响。研究表明：二元体系比单元体系有更好的助留助滤性能，更能抗pH值、电导率、剪切力的干扰；且能提高成纸的强度。

目前，商业应用的瓜尔胶助留系统都是以阴离子微粒为基础的，先往浆料中施加阳离子瓜尔胶，形成絮聚物，再添加特殊的比表面积非常大的带负电荷特殊的无机微粒，使之形成微絮聚物。

阳离子瓜儿胶含有大量季铵化基团，当它与某些带负电的特定多聚阴离子化合物、生物大分子等在水相条件下相遇时，在这些带负电荷物质的作用下发生分子内或分子间交联并凝胶化形成纳米颗粒。由于阳离子瓜尔胶超微粒子表面电荷为正值，可以作为阳离子微粒助留系统在造纸工艺中使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法。

本发明的技术解决方案：

所采用的制备方法是使用阳离子瓜尔胶与聚阴离子通过凝胶化反应制备超微粒子，制备方法包括下述步骤：

(1)、将100重量份的阳离子瓜尔胶溶解在水中配成浓度为0.5～20mg/ml的溶液；将0.1～60重量份的聚阴离子溶解在水中配成浓度为1～60mg/ml的溶液；

(2)、将上述聚阴离子的水溶液缓慢滴加到阳离子瓜尔胶的水溶液中，搅拌5～60min，得到分散均匀的超微粒子；

所述的聚阴离子为三聚磷酸钠、聚苹果酸钠、羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠中的一种或几种。

三聚磷酸钠、聚苹果酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠是常用的价格便宜且无毒副作用的聚阴离子，它们可以和阳离子瓜儿胶进行离子凝胶化反应制备超微粒子。

所述的阳离子瓜尔胶的分子量为2000～5000000，阳离子取代度为0.01～2.0；

所述的聚苹果酸钠的分子量为2000～6000；

所述的羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠的分子量为4000～1000000，羧甲基取代度为0.05～0.80；

所述的超微粒子的粒径在60～300nm，电动电位在5～45mV。

本发明的技术效果：本制备方法工艺简单，反应条件温和，所制得的阳离子瓜尔胶超微粒子呈规则的圆球性，尺寸均一，稳定性高，重复性好，粒子表面电荷为正值。

具体实施方式

实施例1

将2.0g阳离子瓜尔胶溶于2000ml水中，得到阳离子瓜尔胶溶液；将30ml(30mg/ml)的羧甲基淀粉钠水溶液缓慢滴加到上述阳离子瓜尔胶溶液中，继续搅拌10min，制得阳离子瓜尔胶超微粒子。动态光散射测定其粒径为128nm，分散指数为0.11。电动电位分析仪器测定其表面电位为14.2±2.1mV。透射电镜观测粒子为规则的圆球形。

实施例2

将2.0g阳离子瓜尔胶溶于2000ml水中，得到阳离子瓜尔胶溶液，将30ml(16mg/ml)的三聚磷酸钠水溶液缓慢滴加到上述阳离子瓜尔胶溶液中，继续搅拌30min，制得阳离子瓜尔胶超微粒子。动态光散射测定其粒径为168nm，分散指数为0.18。电动电位分析仪器测定其表面电位为17.2±1.1mV。透射电镜观测粒子为规则的圆球形。

实施例3

将2.0g阳离子瓜尔胶溶于1000ml水中，得到阳离子瓜尔胶溶液，将30ml(10mg/ml)的聚苹果酸钠水溶液缓慢滴加到上述阳离子瓜尔胶溶液中，继续搅拌30min，制得阳离子瓜尔胶超微粒子。动态光散射测定其粒径为227nm，分散指数为0.22。电动电位分析仪器测定其表面电位为10.2±1.8mV。透射电镜观测粒子为规则的圆球形。

实施例4

将2.0g阳离子瓜尔胶溶于1000ml水中，得到阳离子瓜尔胶溶液，将30ml(15mg/ml)的羧甲基纤维素钠水溶液缓慢滴加到上述阳离子瓜尔胶溶液中，继续搅拌30min，制得阳离子瓜尔胶超微粒子。动态光散射测定其粒径为254nm，分散指数为0.26。电动电位分析仪器测定其表面电位为11.2±2.8mV。透射电镜观测粒子为规则的圆球形。

Claims (4)

1、一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法，所采用的制备方法是使用阳离子瓜尔胶与聚阴离子通过凝胶化反应制备超微粒子，制备方法包括下述步骤：

(1)、将100重量份的阳离子瓜尔胶溶解在水中配成浓度为0.5～20mg/ml的溶液；将0.1～60重量份的聚阴离子在水中配成浓度为1～60mg/ml的溶液；

(2)、将上述聚阴离子的水溶液缓慢滴加到阳离子瓜尔胶的水溶液中，搅拌5～60min，得到分散均匀的超微粒子；

所述的聚阴离子为三聚磷酸钠、聚苹果酸钠、羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠中的一种或几种。

2、如权利要求1所述的一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法，其特征在于所述的阳离子瓜尔胶的分子量为2000～5000000，阳离子取代度为0.01～2.0。

3、如权利要求1所述的一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法，其特征在于所述的聚苹果酸钠的分子量为2000～6000。

4、如权利要求1所述的一种阳离子瓜尔胶超微粒子的制备方法，其特征在于所述的羧甲基纤维素钠和羧甲基淀粉钠的分子量为4000～1000000，羧甲基取代度为0.05～0.80。