CN102704338B

CN102704338B - 一种施胶增强剂及其制备方法与应用

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Publication number: CN102704338B
Application number: CN201210140622.5A
Authority: CN
Inventors: 李广胜; 曹国平
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: CN102704338A

Abstract

本发明公开了一种施胶增强剂及其制备方法与应用。本发明先通过按高效活化剂∶石油树脂∶阳离子淀粉＝(9.5～12.5)∶(4～16)∶15的质量比制备施胶增强剂的乳液，然后按施胶增强剂乳液∶淀粉∶硫酸铝＝1∶(5～37.5)∶(2～6)的质量比复配得到施胶增强剂；由于本发明通过石油树脂的优化选择，所用石油树脂不需要经过高温高压的改性处理，所用材料来源广泛，很大程度的改善了制备工艺；此外，通过本发明产品处理后的纸张在环压强度、抗张强度和防潮性能方面都有优越表现，有着十分良好的工业化生产和应用价值。

Description

一种施胶增强剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于造纸化工技术领域，特别涉及一种施胶增强剂及其制备方法与应用。

背景技术

在纸业制造工艺工程中，为了满足纸张的使用性能，都会对纸张进行施胶处理。传统的施胶多为浆内施胶，用于浆内施胶的胶料主要为松香胶系列制品或合成胶。松香胶最早用于浆内施胶，由于具有价格低廉且易于制备、施胶度易于控制、废纸容易处理等优点，一直是国内造纸行业主要采用的施胶剂。传统施胶方法的发展使得单位纸产量的耗胶量和施胶费用明显下降，但这种建立在松香胶基础上的传统施胶方法也存在着诸多的弊病：松香施胶的酸性环境加重了设备的腐蚀和白水的污染，生产出的纸页强度较差且易于老化，对纸页填料要求苛刻而不利于造纸生产成本的降低等。

此外，随着造纸资源日益紧张，再生纤维材料得到了大量使用。但是，使用再生纤维材料来制备纸页时，特别是废纸多次循环回用，因材料化学杂质多，细小纤维与填料比例大，纸张形成后，普遍存在强度差的特点，使用传统施胶剂处理纸张后依然难以达到高强度及较好的防潮要求。

阳离子施胶是解决上述问题的一种有效的方法，施胶剂能增进纸及纸板的强度以改善产品的某些性能。因施胶剂能够渗透入纸纤维间隙，并在形成疏水层或者表面均匀结一层膜，故可使纸表面的耐水性、表面强度、纤维结合度提高。申请号为200810048398.0、名称为“改性石油树脂施胶剂及其制备方法和用途”公开了一种利用改性石油树脂制备施胶剂的方法，但是改性石油树脂的获得须在高温（190～200℃）高压状态下获得改性石油树脂，一般造纸工厂不便操作。此外，现有的阳离子施胶剂的性能、环境友好、节约用料等方面都有进一步提高的必要。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种施胶增强剂。

本发明的另一目的在于提供上述施胶增强剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述施胶增强剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种施胶增强剂，包含以下所示质量比配比的物质：

施胶增强剂乳液：淀粉：硫酸铝=1：（5～37.5）：（2～6）；其中，所述的淀粉为木薯淀粉或玉米淀粉，所述的施胶增强剂乳液包含以下所示质量比配比的物质：

高效活化剂：石油树脂：阳离子淀粉=（9.5～12.5）：（4～16）：15；

所述的高效活化剂为聚丙烯酰胺、阳离子淀粉、羧甲基纤维素、硬脂酸、软脂酸、碳酸二胺、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、硝酸铈铵中的一种或至少两种的任意质量比混合物；

所述的石油树脂为具有两个以上羧基或长链烃基的石油树脂；

优选的，所述的石油树脂为十二烯基丁二酸。

上述施胶增强剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）首先将高效活化剂和水按质量比1:（15～20）混合，加热至95℃～100℃，搅拌溶解，制成高效活化剂溶液；

（2）将石油树脂与步骤（1）所得到的高效活化剂溶液混合，搅拌溶解后于95℃～100℃恒温反应5～20min得到混合液；

（3）将阳离子淀粉与步骤（2）所得混合液混合，95℃～100℃恒温搅拌反应20～30min使阳离子淀粉糊化，加水降温至35℃～45℃制成施胶增强剂乳液；其中，高效活化剂、石油树脂和阳离子淀粉按质量比（9.5～12.5）：（4～16）：15配比；

（4）将淀粉和水按质量比（5～37.5）：（100～150）混合溶解，加热至90～95℃后加入硫酸铝和步骤（3）所得的施胶增强剂乳液，搅拌均匀，调节pH值为4.1～4.5，即制成施胶增强剂；其中，施胶增强剂乳液、淀粉和硫酸铝按质量比1：（5～37.5）：（2～6）配比。

步骤（1）中所述的加热优选为隔水水浴加热；

步骤（1）中所述的搅拌的速度优选为30～60rpm；

步骤（2）中所述的搅拌的速度优选为30～60rpm；

步骤（3）中所述的阳离子淀粉可预先用水溶解，其中，阳离子淀粉与水的质量比为1：2～3；

步骤（3）中所述的搅拌的速度优选为30～60rpm；

步骤（3）中所述的施胶增强剂乳液通过加水调节其固含量为12%；

步骤（4）中所述的加热优选为隔水水浴加热；

步骤（4）中所述的施胶增强剂冷却至温度为70～80℃时使用。

上述施胶增强剂在造纸过程中的应用，其中，施胶增强剂作为外部施胶剂的使用，施胶增强剂乳液作为内部施胶增强剂的使用。

本发明制备方法中所用石油树脂优选为分子中含有两个以上羧基或长链烃基，比如十二烯基丁二酸，其中，所含羧基越多，其更易与纸浆纤维结合，对纸张具有极强的吸附和成膜性能，而一般石油树脂只有一个羧基；此外，长链的烃基则可以提供疏水性，在防潮方面起到十分重要的作用。由于采用的石油树脂都是工业产品，不需要经过高温高压的改性处理，材料来源十分广泛，便于取材，更适于大规模工业化生产。本发明采用的各种原料以及中间产物都为环境友好物。

本发明相对于现有技术，具有如下优点和有益效果：

（1）本发明制备的施胶增强剂可广泛用于各类纸张或纸板，能更好的提高纸板的环压强度、抗张强度，这意味着制备相同表现的纸张时，本发明可以节省出更多的纸量或施胶剂量；

（2）本发明制备的施胶增强剂能与细小纤维交联作用，有较好的防潮性能；

（3）本发明制备的施胶增强剂具有优良的机械稳定性，在操作过程中产生气泡少；

（4）本发明制备工艺更简单，由于采用的石油树脂都是工业产品，不需要经过高温高压的改性处理，操作更方便，原材料环境友好、易得，更适于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）将12.5g聚丙烯酰胺和187.5g水混合后得到200g混合液，将混合液水浴加热至95℃～100℃恒温，搅拌转速30rpm至溶解，得到高效活化剂溶液；

（2）在转速为30rpm连续搅拌下慢慢将4g十二烯基丁二酸加入到步骤（1）所得到的高效活化剂溶液中，95℃～100℃恒温反应5分钟后得到混合液；

（3）将15g阳离子淀用30g水溶解后加入至步骤（2）所得的混合液中，95℃～100℃恒温，30rpm搅拌反应30分钟后，加冷水至总重量为262.5g再冷却至40℃出料（固含量为12%），即为施胶增强乳液；

（4）将木薯淀粉5g加100g水溶解并加热至90～95℃，接着加入1g步骤（3）所得的施胶增强乳液中以及2g Al₂(SO4)₃，搅拌均匀，调节pH值至4.1，降温至80℃即制成施胶增强剂A1。

实施例2

（1）将4g羧甲基纤维素以及5.5g硬脂酸作为高效活化剂和190.5g水混合后得到200g混合液，将混合液加热至95℃～100℃恒温，转速60rpm搅拌至溶解，得到高效活化剂溶液；

（2）在转速为45rpm连续搅拌下慢慢将10g十二烯基丁二酸加入到步骤（1）所得到的高效活化剂溶液中，95℃～100℃恒温反应10分钟后得到混合液；

（3）将15g阳离子淀粉用35g水溶解后加入至步骤（2）所得的混合液中，95℃～100℃恒温，60rpm搅拌反应30分钟后，加冷水至总重量为287.5g再冷却至40℃出料（固含量为12%），即为施胶增强乳液；

（4）将木薯淀粉25g加250g水溶解并加热至90～95℃，接着加入2g步骤（3）所得的施胶增强乳液中以及4g Al₂(SO4)₃，搅拌均匀，调节pH值至4.5，降温至70℃即制成施胶增强剂A2。

实施例3

（1）将5g碳酸二胺以及6g氢氧化钠作为高效活化剂和189g水混合后得到200g混合液，将混合液加热至95℃～100℃恒温，转速45rpm下搅拌溶解，得到高效活化剂溶液；

（2）在45rpm转速连续搅拌下慢慢将16g十二烯基丁二酸加入到步骤（1）所得到的高效活化剂溶液中，95℃～100℃恒温反应20分钟后得到混合液；

（3）将15g阳离子淀粉用45g水溶解后加入至步骤（2）所得的混合液中，95℃～100℃恒温，30rpm搅拌反应20分钟后，加冷水至总重量为350g再冷却至40℃出料（固含量为12%），即为施胶增强乳液；

（4）将玉米淀粉37.5g加150g水溶解并加热至90～95℃，接着加入1g步骤（3）所得的施胶增强乳液中以及6g Al₂(SO₄)₃，搅拌均匀，调节pH值至4.1，降温至75℃即制成施胶增强剂A3。

对比实施例

（2）在转速为45rpm连续搅拌下慢慢将10g松香加入到步骤（1）所得到的高效活化剂溶液中，95℃～100℃恒温反应10分钟后得到混合液；

（3）将15g阳离子淀粉用45g水溶解后加入至步骤（2）所得的混合液中，95℃～100℃恒温，30rpm搅拌反应30分钟后，加冷水至总重量为287.5g再冷却至40℃出料（固含量为12%），即为施胶增强乳液；

（4）将木薯淀粉25g加250g水溶解并加热至90～95℃，接着加入2g步骤（3）所得的施胶增强乳液中以及4g Al₂(SO₄)₃，搅拌均匀，调节pH值至4.5，降温至70℃即制成施胶增强剂A4。

效果实施例

对以上实施例得到的施胶增强剂A1、A2、A3以及A4以瓦楞原纸为对象进行试验，检测其应用效果：

其中，样品一为用施胶增强剂A1处理瓦楞原纸得到的样品；样品二为用施胶增强剂A2处理瓦楞原纸得到的样品；样品三为用施胶增强剂A3处理瓦楞原纸得到的样品；样品四为用施胶增强剂A4处理瓦楞原纸得到的样品；样品五为未经过任何处理的瓦楞原纸；

检验方法：

纸张抗张强度的测定：GB/T 12914-2008纸和纸板抗张强度的测定法（恒速加荷法）；

纸张环压强度的测定：瓦楞原纸GB/T13023-2008；

Cobb值的测定：GB/T1540-2002纸和纸板吸水性的可勃法测定；

纸张施胶度的测定：GB/T 460-2008纸施胶度的测定。

检验各参数和性能结果如表一所示：

表一

从表一中我们可以看到，样品一、二和三比样品四以及未施胶处理的瓦楞原纸（样品五）在（纵向、横向）抗张强度、纵向环压强度、纵向环压强度指数都有显著增加，而Cobb值亦都有不同程度的减小。

此外，样品三和样本四两者施胶量基本相同，但是样品三比样品四在纵向、横向抗张强度、纵向环压强度、纵向环压强度指数分别提高了11%、12.4%、12.8%、8%，而cobb值则减少了6.8%，这表明本发明通过所采用的石油树脂及整体工艺，极大的增进了施胶增强剂在应用于原纸施胶后的纸的各项性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种施胶增强剂，其特征在于包含以下按质量比配比的物质：

施胶增强剂乳液：淀粉：硫酸铝=1：（5～37.5）：（2～6）；其中，所述的施胶增强剂乳液包含以下按质量比配比的物质：

所述的高效活化剂为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、硬脂酸、软脂酸、碳酸二胺、氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、硝酸铈铵中的一种或至少两种的任意质量比混合物；

所述施胶增强剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的施胶增强剂，其特征在于：所述的淀粉为木薯淀粉或玉米淀粉。

3.根据权利要求1所述的施胶增强剂，其特征在于：所述的石油树脂为十二烯基丁二酸。

4.根据权利要求1中所述的施胶增强剂，其特征在于：

步骤（1）中所述的加热为隔水水浴加热，所述的搅拌的速度为30～60rpm；

步骤（2）中所述的搅拌的速度为30～60rpm；

步骤（3）中所述的搅拌的速度为30～60rpm；

步骤（4）中所述的加热为隔水水浴加热。

5.根据权利要求1中所述的施胶增强剂，其特征在于：步骤（3）中所述的阳离子淀粉预先用水溶解，其中，阳离子淀粉与水的质量比为1：2～3。

6.根据权利要求1中所述的施胶增强剂，其特征在于：步骤（3）中所述的施胶增强剂乳液的固含量为12%。

7.根据权利要求1中所述的施胶增强剂，其特征在于：步骤（4）中所述的施胶增强剂冷却至温度为70～80℃时使用。

8.权利要求1～7任一项所述的施胶增强剂在造纸过程中的应用。