CN102011342B

CN102011342B - 板纸用表面施胶剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102011342B
Application number: CN 201010216443
Authority: CN
Inventors: 施晓旦; 尹东华; 王养臣
Original assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd; Shandong Dongsheng New Material Co Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: CN102011342A

Abstract

本发明公开了一种板纸用表面施胶剂及其制备方法和应用，所述板纸用表面施胶剂，包括如下重量份的组分：板纸用表面施胶剂基料100份，阳离子添加剂5～10份。所述的板纸用表面施胶剂可用于白板原纸的表面处理。本发明的板纸用表面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白板原纸进行表面施胶，能大幅度改善板纸的Cobb值，加快熟化速度，降低淀粉的用量，能适应高强度板纸发展的需要。

Description

板纸用表面施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种板纸用表面施胶剂及其制备方法。

背景技术

纸张，特别是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所导致的纸张质量不稳定、档次很难提高的问题，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虽能提高板纸一定的环压强度，但是施胶剂用量大，成本高。

中国专利CN 101148842A公开的一种施胶剂，虽然熟化速度快，并且不返潮，但是对于板纸的Cobb值降低不大。

发明内容

本发明的目的是提出一种板纸用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。

本发明的板纸用表面施胶剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：

板纸用表面施胶剂基料 100份

阳离子添加剂 5～10份

所述的板纸用表面施胶剂基料是采用如下方法制备的：

将阳离子单体、交联单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯，在分散剂、乳化剂和引发剂存在下，40℃～95℃下进行自由基乳液聚合，反应时间为2～8小时，获得产物，产物的pH为2～6，重量固含量为20％～40％。

在反应体系中，组分和重量分数如下：

分散剂 20～50份

乳化剂 0.5～2份

引发剂 0.3～2份

阳离子单体 3～8份

交联单体 1～5份

(甲基)丙烯酸酯类单体 20～40份

(甲基)苯乙烯 100份

水 210～830份

所述的分散剂为明胶，重均分子量为10000～100000g/mol；

所述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；

所述的阳离子单体选自丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵或二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；

所述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或甲基丙烯酸丙基-甲基-二乙氧基硅氧烷中的至少一种；

所述的(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、甲基丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。

所述的过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的至少一种。

所述的阳离子添加剂为蜡和阳离子乳化剂形成的乳化物，组分和重量份数如下：

蜡 100份，乳化剂 30～70份，水 195～680份

所述的蜡为石蜡或棕榈蜡中的一种以上；

所说的乳化剂为阳离子乳化剂，阳离子乳化剂选自十六烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种。

所述的阳离子添加剂的制备方法，包括以下步骤：

将蜡加入阳离子乳化剂的水溶液中，在温度为80～95℃、搅拌速度为600～1000rpm/min，乳化分散0.1～1小时，即可获得阳离子添加剂；

所述的蜡为石蜡或棕榈蜡中的一种以上；

板纸用表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：

将板纸用表面施胶剂基料、阳离子添加剂和适量去离子水混合，获得板纸用表面施胶剂。所得施胶剂的重量固含量20wt％～40wt％，pH＝2～6。

所述的板纸用表面施胶剂可用于白板原纸的表面处理。

本发明板纸用表面施胶剂的制备方法中，本发明人发现在板纸用表面施胶剂基料中加入阳离子添加剂，出乎意料的，板纸的Cobb值能大幅度的降低，在相对湿度95％的环境下放置24小时，Cobb值基本不上升。这可能由于石蜡是碳原子数约为18～30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃(约为80％～95％)，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃(两者合计含量20％以下)，有极强的疏水性。通过将石蜡乳化成乳状液加入表面施胶剂体系中，使用这种表面施胶剂在纸张上进行施胶，在涂膜干燥过程中石蜡能够析出，在纸张表面形成薄膜而使纸张的Cobb值明显降低。本发明人发现在石蜡中添加一部分棕榈蜡能改善石蜡的可乳化性，使整个蜡乳液体系能稳定的存在。

本发明的表面施胶剂，不但可大幅降低Cobb值、能快速熟化，基本下机就熟，而且能够在施胶剂用量不变的情况下大幅度提高板纸的环压强度并且能够降低原料淀粉的使用量，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，降低成本、提高产品质量。

本发明的板纸用表面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白板原纸进行表面施胶，能大幅度改善板纸的Cobb值，加快熟化速度，降低淀粉的用量，能适应高强度板纸发展的需要。

具体实施方式

实施例1

1、板纸用表面施胶剂基料的制备：

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20克分子量为10000g/mol的明胶，214.5克去离子水，升温至85℃溶解，降温至45℃。加入2克25wt％十八烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵水溶液，加热至95℃，加入1.5克20wt％过硫酸铵水溶液，滴加以下混合单体：苯乙烯100克，丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵3克，N-丁氧甲基丙烯酸1克，丙烯酸正丁酯20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，得板纸用表面施胶剂基料，固含量39.9wt％。

2、阳离子添加剂的制备：

1)在带有冷凝器、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入80g石蜡、20g棕榈蜡，升温至80℃，完全熔融后在80℃保温20分钟。

2)在进行步骤1)时，在带有冷凝器、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入30g十八烷基三甲基氯化铵和195克去离子水，完全溶解，升温至80℃并在此进行保温。

3)将步骤2)中搅拌调至600rpm/min，同时将步骤1)的熔融物在80℃下，5～10分钟内加入步骤2)中的十八烷基三甲基氯化铵水溶液中，高速分散0.1小时。降低搅拌速度至200rpm/min，降温至25℃。经100目滤网过滤，得阳离子添加剂，固含量40.02wt％。

3、板纸用表面施胶剂的制备：

将步骤1制备的板纸用表面施胶剂基料200g和步骤2制备的阳离子添加剂10g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得板纸用表面施胶剂，固含量39.7wt％，pH＝2.03。

实施例2

1、板纸用表面施胶剂基料的制备：

在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的2000ml四口烧瓶中，加入50克分子量为100000g/mol的明胶，808克去离子水，升温至85℃溶解，降温至45℃。加入20克10wt％十二烷基聚氧乙烯(20)三甲基氯化铵水溶液，加入4克50wt％过硫酸钾水溶液，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯100克，甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵8克，二乙烯基苯5克，甲基丙烯酸异辛酯40克，6小时加完。于40℃维持反应2小时，冷却至25℃，pH＝5.85。经100目滤网过滤，得板纸用表面施胶剂基料，固含量20.1wt％。

2、阳离子添加剂的制备：

1)在带有冷凝器、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入95g石蜡、5g棕榈蜡，升温至95℃，完全熔融后在95℃保温20分钟。

2)在进行步骤1)时，在带有冷凝器、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入70g十六烷基三甲基氯化铵和680克去离子水，完全溶解，升温至95℃并在此进行保温。

3)将步骤2)中搅拌调至1000rpm/min，同时将步骤1)的熔融物在95℃下，5～10分钟内加入步骤2)中的十六烷基三甲基氯化铵水溶液中，高速分散1小时。降低搅拌速度至200rpm/min，降温至25℃。经100目滤网过滤，得阳离子添加剂，固含量20.03wt％。

3、板纸用表面施胶剂的制备：

将步骤1制备的板纸用表面施胶剂基料200g和步骤2制备的阳离子添加剂20g、加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得板纸用表面施胶剂，固含量19.95wt％，pH＝5.93。

实施例3

1、板纸用表面施胶剂基料的制备：

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35克分子量为80000g/mol的明胶，395.3克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至45℃。加入10克10wt％十四烷基聚氧乙烯(8)三甲基氯化铵水溶液，加热至60℃，加入5克20wt％过硫酸钠水溶液，滴加以下混合单体：苯乙烯100克，二烯丙基二甲基氯化铵5克，丙烯酸氨基乙酯3克，甲基丙烯酸甲酯30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，得板纸用表面施胶剂基料，固含量30.2wt％。

2、阳离子添加剂的制备：

1)在带有冷凝器、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入90g石蜡、10g棕榈蜡，升温至85℃，完全熔融后在85℃保温20分钟。

2)在进行步骤1)时，在带有冷凝器、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入50g十八烷基三甲基氯化铵和278.6克去离子水，完全溶解，升温至85℃并在此进行保温。

3)将步骤2)中搅拌调至800rpm/min，同时将步骤1)的熔融物在85℃下，5～10分钟内加入步骤2)中的十八烷基三甲基氯化铵水溶液中，高速分散0.5小时。降低搅拌速度至200rpm/min，降温至25℃。经100目滤网过滤，得阳离子添加剂，固含量35.10wt％。

3、板纸用表面施胶剂的制备：

将步骤1制备的板纸用表面施胶剂基料200g、步骤2制备的阳离子添加剂15g和2.5g去离子水加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得板纸用表面施胶剂，固含量29.89wt％，pH＝3.75。

实施例4

1、板纸用表面施胶剂基料的制备：

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30克分子量为50000的明胶，495.6克去离子水，升温至85℃溶解。降温至35℃。加入6克25wt％十八烷基聚氧乙烯(5)三甲基氯化铵水溶液，加热至70℃，加入1.4克50wt％过硫酸铵水溶液，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯100克，丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵3克，甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵3克、N-羟甲基丙烯酰胺2克，甲基丙烯酸乙酯25克，3小时加完。于70℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝4.5。经100目滤网过滤，得板纸用表面施胶剂基料，固含量25.2wt％。

2、阳离子添加剂的制备：

1)在带有冷凝器、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入85g石蜡、15g棕榈蜡，升温至90℃，完全熔融后在90℃保温20分钟。

2)在进行步骤1)时，在带有冷凝器、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入60g十六烷基三甲基氯化铵和373.3克去离子水，完全溶解，升温至90℃并在此进行保温。

3)将步骤2)中搅拌调至900rpm/min，同时将步骤1)的熔融物在90℃下，5～10分钟内加入步骤2)中的十六烷基三甲基氯化铵水溶液中，高速分散0.8小时。降低搅拌速度至200rpm/min，降温至25℃。经100目滤网过滤，得阳离子添加剂，固含量30.08wt％。

3、板纸用表面施胶剂的制备：

将步骤1制备的板纸用表面施胶剂基料200g、步骤2制备的阳离子添加剂18g和3.6g去离子水加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得板纸用表面施胶剂，固含量25.08wt％，pH＝4.2。

实施例5

1、板纸用表面施胶剂基料的制备：

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40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3.2克25wt％十六烷基聚氧乙烯(10)三甲基氯化铵水溶液，加热至80℃，加入3克50wt％过硫酸钾水溶液，滴加以下混合单体：苯乙烯100克，二烯丙基二甲基氯化铵4克，双丙烯酸乙二醇酯4克，丙烯酸甲酯35克，2小时加完。于80℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝4.1。经100目滤网过滤，得板纸用表面施胶剂基料，固含量35.4wt％。

2、阳离子添加剂的制备：

1)在带有冷凝器、搅拌器、温度计的500ml四口烧瓶中，加入92g石蜡、8g棕榈蜡，升温至88℃，完全熔融后在88℃保温20分钟。

2)在进行步骤1)时，在带有冷凝器、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入40g十六烷基三甲基氯化铵和260克去离子水，完全溶解，升温至88℃并在此进行保温。

3)将步骤2)中搅拌调至700rpm/min，同时将步骤1)的熔融物在88℃下，5～10分钟内加入步骤2)中的十六烷基三甲基氯化铵水溶液中，高速分散0.3小时。降低搅拌速度至200rpm/min，降温至25℃。经100目滤网过滤，得阳离子添加剂，固含量35.10wt％。

3、板纸用表面施胶剂的制备：

将步骤1制备的板纸用表面施胶剂基料200g和步骤2制备的阳离子添加剂12g加入1000ml四口烧瓶中混合，搅拌10分钟。制得板纸用表面施胶剂，固含量34.93wt％，pH＝3.9。

实施例6

在板纸上表面施胶：

对比例：按中国专利CN101148842A方法制备的施胶剂，固含量为20wt％

将实施例1～5配方制备的施胶剂，用去离子水稀释至20wt％

施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入对比例与实施例1～5配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)∶施胶剂(湿)＝50∶4)，再加水稀释至8wt％。

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/T1540-1989方法检测待测纸样。

在板纸上表面施胶：

使用对比例和实施例1～5配方配制的施胶液在320克灰底白板原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2.5g/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。

判定标准：Cobb值越低吸水值越低，效果越好

实施例7

在板纸上表面施胶：

将实施例1～5配方制备的施胶剂，用去离子水稀释至20wt％

施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入实施例1～5配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)∶施胶剂(湿)＝50∶4)，再加水稀释至6wt％。

对比例施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入对比例配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)∶施胶剂(湿)＝50∶4)，施胶液固含量控制在8wt％。

Cobb值测定：

在板纸上表面施胶：

使用对比例配方配制的施胶液在320克灰底白板原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2.5g/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。

使用实施例1～5配方配制的施胶液在320克灰底白板原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2.2g/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。

判定标准：Cobb值越低吸水值越低，效果越好

空白	400	401
			对比例	88	85
实施例1	86	84
			实施例2	83	80
实施例3	84	81
			实施例4	87	83
实施例5	86	82

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，与对比例相比，不但能大幅度提高纸张改善Cobb值，同时在降低氧化淀粉用量，降低涂布量的情况下，施胶后纸的Cobb值与对比例相差不大。达到相同的应用效果能降低原料的使用，降低成本。

Claims

1.板纸用表面施胶剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：

板纸用表面施胶剂基料 100份

阳离子添加剂 5～10份

所述的板纸用表面施胶剂基料是采用如下方法制备的：将阳离子单体、交联单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯，在分散剂、乳化剂和引发剂存在下，40℃～95℃下进行自由基乳液聚合，反应时间为2～8小时，获得产物，产物的pH为2～6，重量固含量为20％～40％，在反应体系中，组分和重量分数如下：

所述的阳离子添加剂为蜡和阳离子乳化剂形成的乳化物，分和重量份数如下：

蜡100份，乳化剂 30～70份，水 195～680份

所述的蜡为石蜡或棕榈蜡中的一种以上；

2.根据权利要求1所述的板纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的分散剂为明胶，重均分子量为10000～100000g/mol；

所述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；

所述的(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、甲基丙烯酸叔丁酯或甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的板纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的阳离子添加剂的制备方法，包括以下步骤：将蜡加入阳离子乳化剂的水溶液中，在温度为80～95℃、搅拌速度为600～1000rpm/min，乳化分散0.1～1小时，即可获得阳离子添加剂。

4.根据权利要求1～3任一项所述的板纸用表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：

将板纸用表面施胶剂基料、阳离子添加剂和适量去离子水混合，获得板纸用表面施胶剂。

5.根据权利要求1～3任一项所述的板纸用表面施胶剂的应用，用于白板原纸的表面处理。