CN102011343A - 瓦楞纸用表面施胶剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种瓦楞纸用表面施胶剂及其制备方法和应用。所述瓦楞纸用表面施胶剂各组分及重量分数如下：瓦楞纸用表面施胶剂基料100份，阳离子添加剂5～10份；所述的阳离子添加剂为硬脂酸和阳离子乳化剂形成的乳化物。本发明的瓦楞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瓦楞原纸进行表面施胶，不但能改善瓦楞纸的Cobb值，加快熟化速度，且能大幅度提高瓦楞纸的表面环压强度，降低淀粉的用量，能适应高强度瓦楞纸发展的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦楞纸用表面施胶剂及其制备方法。
背景技术
纸张，特别是瓦楞纸、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瓦楞纸一定的环压强度，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，但是对于瓦楞纸的环压强度提高不大。
发明内容
本发明的目的是提出一种瓦楞纸用表面施胶剂及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的瓦楞纸用表面施胶剂，各组分及重量分数如下：
瓦楞纸用表面施胶剂基料 100份
阳离子添加剂 5～10份
所述瓦楞纸用表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
将瓦楞纸用表面施胶剂基料和阳离子添加剂混合，即可获得瓦楞纸用表面施胶剂。所得施胶剂的重量固含量20％～40％，pH为2～6；
所述的瓦楞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℃条件下进行自由基乳液聚合，反应时间在2～8小时，即可获得所述的瓦楞纸用表面施胶剂基料；
产物pH＝2～6，固含量20wt％～40wt％；
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；
所述的引发剂为过硫酸盐；
所说的乳化剂为阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂选自C12～18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、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、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、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、过硫酸钠中的至少一种。
所述的阳离子添加剂为硬脂酸和阳离子乳化剂形成的乳化物，组分和重量份数如下：硬脂酸100份，乳化剂30～70份，水195～680份；
所述的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：将硬脂酸加入阳离子乳化剂的水溶液中，进行乳化分散，温度为80～95℃，时间0.1～1小时，搅拌速度600～1000rpm/min。获得阳离子添加剂。
本发明所述的瓦楞纸用表面施胶剂，可用于瓦楞原纸的表面处理。
本发明瓦楞纸用表面施胶剂的制备方法中，本发明人发现在瓦楞纸用表面施胶剂基料中加入阳离子添加剂，出乎意料的，能大幅度提高瓦楞纸的环压强度同时瓦楞纸的Cobb值也有所下降，在相对湿度95％的环境下放置24小时，环压强度下降不明显。这可能由于硬脂酸具有大量的羧基，能与纤维表面大量的羟基结合，提高细小纤维之间的作用力而增强瓦楞纸表观的环压强度。同时，阳离子添加剂中的阳离子乳化剂能起到架桥作用，增强瓦楞纸用表面施胶剂基料与阳离子添加剂的协同作用，提高瓦楞纸的环压强度。本发明人发现，使用本表面施胶剂在瓦楞纸上进行表面施胶，能降低淀粉用量10％～20％时同样能达到要求的环压强度、吸水值，因此能降低原料的用量，降低成本。
该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瓦楞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。
本发明的瓦楞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瓦楞原纸进行表面施胶，不但能改善瓦楞纸的Cobb值，加快熟化速度，且能大幅度提高瓦楞纸的表面环压强度，降低淀粉的用量，能适应高强度瓦楞纸发展的需要。
具体实施方式
实施例1
1、瓦楞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，得瓦楞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100g硬脂酸，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、瓦楞纸用表面施胶剂的制备：
将步骤1制备的瓦楞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。制得瓦楞纸用表面施胶剂，固含量39.7wt％，pH＝2.03。
实施例2
1、瓦楞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，得瓦楞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100g硬脂酸，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、瓦楞纸用表面施胶剂的制备：
将步骤1制备的瓦楞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。制得瓦楞纸用表面施胶剂，固含量19.95wt％，pH＝5.93。
实施例3
1、瓦楞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，得瓦楞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100g硬脂酸，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、瓦楞纸用表面施胶剂的制备：
将步骤1制备的瓦楞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。制得瓦楞纸用表面施胶剂，固含量29.89wt％，pH＝3.75。
实施例4
1、瓦楞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，得瓦楞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100g硬脂酸，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、瓦楞纸用表面施胶剂的制备：
将步骤1制备的瓦楞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。制得瓦楞纸用表面施胶剂，固含量25.08wt％，pH＝4.2。
实施例5
1、瓦楞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，得瓦楞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100g硬脂酸，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、瓦楞纸用表面施胶剂的制备：
将步骤1制备的瓦楞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。制得瓦楞纸用表面施胶剂，固含量34.93wt％，pH＝3.9。
实施例6
在瓦楞纸上表面施胶：
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。
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。
在瓦楞纸上表面施胶：
使用对比例和实施例1～5配方配制的施胶液在120克瓦楞原纸上用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。
判定标准：Cobb值越低吸水值越低，环压指数越高，效果越好
| 实施例3 | 30 | 29 | 6.7 | 6.9 |
| 实施例4 | 31 | 30 | 7.0 | 7.1 |
| 实施例5 | 30 | 28 | 7.1 | 7.2 |
实施例7
在瓦楞纸上表面施胶：
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：
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。
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。
在瓦楞纸上表面施胶：
使用对比例配方配制的施胶液在120克瓦楞原纸上用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120克瓦楞原纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2.0g/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，环压指数越高，效果越好
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的环压强度、显著改善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、环压指数与对比例相差不大。达到相同的应用效果能降低原料的使用，降低成本。
Claims (9)
1.瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，各组分及重量分数如下：
瓦楞纸用表面施胶剂基料 100份
阳离子添加剂 5～10份；
所述的阳离子添加剂为硬脂酸和阳离子乳化剂形成的乳化物。
2.根据权利要求1所述的瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，阳离子添加剂的组分和重量份数如下：硬脂酸100份，乳化剂30～70份，水195～680份。
3.根据权利要求2所述的瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的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。
4.根据权利要求2所述的瓦楞纸用表面施胶剂，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：将硬脂酸加入阳离子乳化剂的水溶液中，进行乳化分散，温度为80～95℃，时间0.1～1小时，搅拌速度600～1000rpm/min。获得阳离子添加剂。
5.根据权利要求1所述的瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的瓦楞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℃条件下进行自由基乳液聚合，反应时间在2～8小时，即可获得所述的瓦楞纸用表面施胶剂基料。
6.根据权利要求5所述的瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，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。
7.根据权利要求6所述的瓦楞纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的分散剂为明胶；所述的乳化剂为阳离子表面活性剂；所述的引发剂为过硫酸盐；所说的乳化剂为阳离子表面活性剂，阳离子表面活性剂选自C12～18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、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、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、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、过硫酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求1～7任一项所述的瓦楞纸用表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：将瓦楞纸用表面施胶剂基料和阳离子添加剂混合，即可获得瓦楞纸用表面施胶剂。
9.根据权利要求1～7任一项所述的瓦楞纸用表面施胶剂的应用，其特征在于，用于瓦楞原纸的表面处理。
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