CN102086614A - 一种表面施胶剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种表面施胶剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面施胶剂及其制备方法和应用，本发明的表面施胶剂包括以下组分：硅氧烷、阳离子单体、丙烯酸酯类单体、交联单体、苯乙烯、分散剂、乳化剂、引发剂和去离子水。本发明的表面施胶剂具有很好的淀粉交联强度和疏水性能，使用本发明表面施胶剂制得的纸张具有较好的表面强度、抗水性和印刷性能，而且环保。此外，本发明表面施胶剂还适用于中碱性抄纸，对箱板纸和瓦楞纸能产生很好的环压强度。本发明表面施胶剂可完全取代浆内施胶，具有流失小、成膜性好、系统兼容性好等优点。

Description

一种表面施胶剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种造纸用表面施胶剂。
背景技术
我国造纸纤维原料结构不同于其它国家的是，非木材纤维原料占较大比例，而且更多的木浆比例中也是木材二次纤维含量较大，使得浆料中纤维较短、杂细胞较多、各种辅助化学品使用的种类也较多。浆内使用施胶剂的效果不好，且用量较大，而且系统污染也较难控制。目前，特别是箱纸板和瓦楞原纸的生产大多已使用表面施胶剂替代浆内施胶。采用表面施胶可以直接提高环压强度、表面强度、利于施胶熟化。目前市场上，各种类型的表面施胶剂比较多，如AKD类、丙烯酸脂类、苯丙乙烯-丙烯酸脂类，也有关于加入硅氧烷类产品的报道，但大多含有含氟化合物，且成本极高，生产工艺相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种造纸表面施胶剂，从而克服现有技术中施胶过程熟化慢、流失大、返潮等缺陷，并有效提高成品的环压强度、表面强度以及施胶度。
本发明的另一目的在于提供所述表面施胶剂的制备方法。
本发明还有一个目的在于提供所述表面施胶剂在造纸领域的应用。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种表面施胶剂，包括以下重量份的组分：
硅氧烷30-40份，
阳离子单体3-5份，
丙烯酸酯类单体15-30份，
交联单体1-4份，
苯乙烯74-78份
分散剂15-35份，
浓度为25wt％的乳化剂水溶液0.5-1.5份，
浓度为20wt％的引发剂水溶液0.3-1.5份，
去离子水750-800份。
优选，各组份的重量份为：
硅氧烷35份，
阳离子单体5份，
丙烯酸酯类单体25份，
交联单体3份，
苯乙烯75份
分散剂30份，
浓度为25wt％的乳化剂水溶液1份，
浓度为20wt％的引发剂水溶液0.8份，
去离子水800份。
其中，所述硅氧烷为反应性硅氧烷。
所述丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸酯单体。
所述交联单体是丙烯酸氨基丙酯、丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酰胺单体中的一种或多种的组合。
所述乳化剂为阳离子表面活性剂。
引发剂是过硫酸盐类化合物。
所述分散剂是分子量为20000～100000g/mol的明胶，优选明胶的分子量为20000-50000g/mol。
所述阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷中的一种或多种的组合。
其中，所述反应性硅氧烷为八甲基环四硅氧烷D4或六甲基环三硅氧烷。
所述甲基丙烯酸酯单体是甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸异辛酯。
所述阳离子表面活性剂是C12-18烷基三甲基氯化铵中的一种或多种的组合。
所述过硫酸盐类化合物是但不限制于过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠等。
本发明的表面施胶剂是通过以下方法制备的，具体是：将各种原料按一定顺序加入反应罐中，加热进行自由基乳液聚合反应。
其中，所述自由基乳液聚合反应的温度为92-95℃，时间为5.5-6.5小时。
本发明表面施胶剂在使用时是在抄纸过程中用于表面施胶以替代浆内施胶剂，要求施胶后经过纸机干燥部的90-120℃干燥，使表面施胶剂与纸张纤维、施胶淀粉通过化学键结合并完成热交联过程。
本发明施胶剂是一种能使纸张获得较高性能的环保产品，本发明施胶剂与施胶淀粉能够很好的交联，从而提高淀粉成膜性。本发明施胶剂能够满足文化纸、箱纸板、高强瓦楞纸及一些需要进行表面施胶和浆内施胶的纸张抄造用。
本发明的表面施胶剂克服了现有技术中施胶过程熟化慢、流失大、返潮等缺陷，有效提高了成品的环压强度和表面强度，所得成品具有相当好的抗水性。本发明表面施胶剂能有效改善箱纸板和瓦楞纸的环压指标和提高文化纸的挺度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。
本发明表面施胶剂的制备方法为：将各种原料依照一定顺序加入反应罐中，反应罐带有蒸汽加热装置、冷却装置、搅拌器和测温仪表。对各步骤温度进行控制，进行自由基乳液聚合反应，时间大约在6小时左右，可制得pH为3-6、重量固含量在13-17wt％的表面施胶剂。
实施例1
在反应罐中加入25kg分子量为20000g/mol的明胶，加入去离子水500kg，通水蒸气加热至85℃直到明胶溶于去离子水，加入300kg去离子水降温至45℃，加入30kg八甲基环四硅氧烷，加入1.5kg浓度为25wt％的16烷基三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，再次通水蒸气加热至95℃，加入1kg浓度为按重量计20％的过硫酸铵水溶液作为引发剂，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯75kg、二甲基二烯丙基氯化铵3kg、丙烯酸氨基丙酯3kg、甲基丙烯酸丙脂20kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温1小时，冷却至35℃，经100目过滤网过滤，完成1#产品生产，pH值约为3，固含量15±1wt％。
实施例2
在反应罐中加入25kg分子量为50000g/mol的明胶，加入去离子水500kg，通水蒸气加热至85℃直到明胶溶于去离子水，加入300kg去离子水降温至45℃，加入35kg八甲基环四硅氧烷，加入1.5kg浓度为25wt％的18烷基三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，再次通水蒸气加热至95℃，加入1kg浓度为20wt％的过硫酸铵水溶液作为引发剂，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯75kg、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷3kg、甲基丙烯酰胺3kg、甲基丙烯酸乙脂20kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温1小时，冷却至35℃，经100目过滤网过滤，完成2#产品生产，pH值约为3，固含量15±1wt％。
实施例3
在反应罐中加入35kg分子量为20000g/mol的明胶，加入去离子水500kg，通水蒸气加热至85℃到明胶溶解，加入300kg去离子水降温至45℃，加入40kg六甲基环三硅氧烷，加入0.5kg浓度为25wt％的16烷基三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.8kg浓度为20wt％过硫酸钠水溶液作为引发剂，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯74kg、二甲基二烯丙基氯化铵5kg、丙烯酸缩水甘油酯1kg、甲基丙烯酸异丁脂15kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温1小时，冷却至35℃，经100目过滤网过滤，完成3#产品生产，pH值约为3，固含量15±1wt％。
实施例4
在反应罐中加入15kg分子量为20000g/mol的明胶，加入去离子水500kg，通水蒸气加热至85℃到明胶溶解，加入300kg去离子水降温至45℃，加入30kg八甲基环四硅氧烷，加入1.5kg浓度为25wt％的16烷基三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，再次通水蒸气加热至95℃，加入1.5kg浓度为20wt％的过硫酸铵水溶液作为引发剂，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯78kg、二甲基二烯丙基氯化铵5kg、甲基丙烯酰胺4kg、甲基丙烯酸异辛脂30kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温1小时，冷却至35℃，经100目过滤网过滤，完成4#产品生产，pH值约为3，固含量15±1wt％。
实施例5
在反应罐中加入30kg分子量为100000g/mol的明胶，加入去离子水500kg，通水蒸气加热至85℃到明胶溶解，加入250kg去离子水降温至45℃，加入40kg八甲基环四硅氧烷，加入0.5kg浓度为25wt％的12烷基三甲基氯化铵与0.5kg浓度为25wt％的18烷基三甲基氯化铵水溶液的混合溶液作为乳化剂，再次通水蒸气加热至95℃，加入0.3kg浓度为20wt％的过硫酸钾水溶液作为引发剂，然后将其它组分依次加入，包括苯乙烯75kg、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵3kg、丙烯酸氨基丙酯2kg、甲基丙烯酸甲酯25kg，在1小时内陆续加完后，再于95℃保温1小时，冷却至35℃，经100目过滤网过滤，完成5#产品生产，pH值约为3，固含量15±1wt％。
实验例1
西北某纸厂应用实例(100％国内废纸原料生产瓦楞原纸)糊化液的制备：在糊化罐中加入大约500kg水，加6袋氧化淀粉(约折合绝干量为132kg)，充分搅拌并升温到95℃，保温糊化25分钟，加水到糊化罐达到1200kg胶液量，降温至60℃以下，加入实施例1～5配方的施胶剂7kg，折合胶液浓度11-12wt％，再加入相对于淀粉量10％的硫酸铝，充分混合待用。
数据测定：Cobb值测定采用GB/T 1540-2002方法检测待测纸样；环压强度测定采用GB/T2679.8-1995方法检测待测纸样。
瓦楞原纸试机期间定量均为110g/m2，产品下机检测，用量与原使用表面施胶剂量相同，2.87kg/t纸，淀粉上胶量相同，没有使用浆内施胶剂。结果如表1所示。
表1
Figure BSA00000242746000061
Figure BSA00000242746000071
从表1的结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的表面施胶剂，与对比样相比，不但能大幅提高纸张的环压强度，还能显著改善施胶效果，明显加快熟化速度。一周后测定值基本没有变化，说明无返潮现象。
实验例2
山东某纸厂应用实例(85wt％麦草浆和15wt％针叶木浆配抄生产精制双胶纸，所述配比是指纸张纤维成分中麦草浆纤维占85wt％，针叶木浆占15wt％)
糊化液的制备：在糊化罐中加入大约500kg水，加5袋氧化淀粉(约折合绝干量为110kg)，充分搅拌并升温到95℃，保温糊化25分钟，加水到糊化罐达到1100kg胶液量，降温至60℃以下，加入实施例1～5配方的施胶剂5.5kg，折合胶液浓度10wt％，再加入相对于淀粉量10％的硫酸铝，充分混合待用。
数据测定：Cobb值测定采用GB/T 1540-2002方法检测待测纸样；表面强度测定采用GB/T22365-2008方法检测待测纸样。
双胶纸试机期间定量均为70g/m2，产品下机检测，用量与原使用表面施胶剂量相同，2.5kg/t纸，淀粉上胶量相同，试机期间未使用浆内施胶剂。结果如表2所示。
表2
Figure BSA00000242746000081
  实施例1   2.4   2.5
  实施例2   2.7   2.7
  实施例3   2.5   2.6
  实施例4   2.6   2.7
  实施例5   2.4   2.6
从表2的结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的表面施胶剂，在精制双胶纸使用过程看，与对比样相比，不但能获得较好的表面强度，显著改善施胶效果，明显加快熟化速度。一周后测定值基本没有变化，说明无返潮现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种表面施胶剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：
硅氧烷30-40份，
阳离子单体3-5份，
丙烯酸酯类单体15-30份，
交联单体1-4份，
苯乙烯74-78份
分散剂15-35份，
浓度为25wt％的乳化剂水溶液0.5-1.5份，
浓度为20wt％的引发剂水溶液0.3-1.5份，
去离子水750-800份。
2.根据权利要求1所述的表面施胶剂，其特征在于，各组份的重量份为：
硅氧烷35份，
阳离子单体5份，
丙烯酸酯类单体25份，
交联单体3份，
苯乙烯75份
分散剂30份，
浓度为25wt％的乳化剂水溶液1份，
浓度为20wt％的引发剂水溶液0.8份，
去离子水800份。
3.根据权利要求1或2所述的表面施胶剂，其特征在于，
所述硅氧烷为反应性硅氧烷；
所述丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸酯单体；
所述交联单体是丙烯酸氨基丙酯、丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酰胺单体中的一种或多种的组合；
所述乳化剂为阳离子表面活性剂；
引发剂是过硫酸盐类化合物。
4.根据权利要求1或2所述的表面施胶剂，其特征在于，所述分散剂是分子量为20000～100000g/mol的明胶，优选明胶的分子量为20000-50000g/mol。
5.根据权利要求3所述的表面施胶剂，其特征在于，
所述反应性硅氧烷为八甲基环四硅氧烷D4或六甲基环三硅氧烷。
6.根据权利要求3所述的表面施胶剂，其特征在于，所述甲基丙烯酸酯单体是甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯或甲基丙烯酸异辛酯；
所述阳离子表面活性剂是C12-18烷基三甲基氯化铵中的一种或多种的组合；
所述过硫酸盐类化合物是过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠。
7.根据权利要求1或2所述的表面施胶剂，其特征在于，所述阳离子单体是丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯氯甲烷中的一种或多种的组合。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的表面施胶剂的制备方法，其特征在于，将各种原料按一定顺序加入反应罐中，通过蒸汽加热进行自由基乳液聚合反应。
9.根据权利要求8所述的表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述自由基乳液聚合反应的温度为92-95℃，时间为5.5-6.5小时。
10.权利要求1-7中任一项所述的表面施胶剂在造纸中的应用。
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