CN103103881A - 一种疏水纸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于造纸领域，具体涉及一种疏水纸的制备方法。本发明所涉及的疏水纸紧度高，抗水性好。本发明的特点在于将纸浆纤维经过选择性氧化处理后，其表面羧基含量在0.5-1.5mmol/g，聚合度在150-200之间，结晶度不低于70％，具有对带有相反电荷物质产生静电吸附特性；制备的疏水性物质带有憎水基团十七碳的烷基、能与纤维上羧基进行酯化反应的环氧基及对负电性物质产生静电吸附的阳离子季铵基团；氧化纸浆纤维用水均匀分散，加入阳离子疏水性物质并混合均匀，经成形脱水、干燥制得疏水纸。本发明所提供的疏水纸的制备方法简单可行，阳离子型疏水性物质在水中不易发生水解，没有施胶度滞后现象。

Description

一种疏水纸的制备方法

一、技术领域：

本发明属于造纸领域，具体涉及一种疏水纸的制备方法。

二、背景技术：

AKD和ASA是目前广泛应用的合成造纸施胶剂，无论是AKD还是ASA都是通过分子结构中的长链烷基来起到抗水的效果，但是这两者都容易水解。其中AKD分子结构中的内酯环在表胶液循环的过程中与水发生水解，并在水中形成阴离子物质在白水循环的过程中不断富集，从而造成白水回用的困难；同时AKD分子结构中的内酯环在与纤维结合的过程中需要足够的时间和温度，因此在纸机正常运行下无法达到理想的施胶度会出现施胶滞后现象。

ASA分子中的酸酐结构反应活性强，能够与纤维素在短时间内反应，无施胶滞后现象，但是ASA拥有高反应性的同时也存在其乳液稳定性差的问题，因此在使用过程中为了保证ASA的正常使用，一般都是将ASA进行现场乳化。

硬脂酸是常用的施胶剂制备原料，其十七个碳的烷基具有憎水特性，环氧氯丙烷分子上的环氧基能与纤维上羧基进行酯化反应。将硬脂酸与二乙烯三胺脱水缩合得到硬脂酰胺，然后将硬脂酰胺与环氧氯丙烷反应，生成二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵，则该物质具备憎水基团十七碳的烷基、能与纤维上羧基进行酯化反应的环氧基及对负电性物质产生静电吸附的阳离子季铵基团，作为造纸施胶剂不会发生水解及施胶滞后现象。

纸浆纤维羧基含量低，羧基含量高低决定了二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵在纤维表面吸附及酯化反应的量，具体体现将来纸的疏水性能强弱。TEMPO氧化体系可以在不损伤纤维结晶度前提下，选择性氧化伯醇羟基成为羧基。因此，将二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵应用于经选择性氧化处理的纸浆中，将可以有效克服AKD的施胶度滞后和ASA易水解污染过程水等问题，生产出疏水纸。本发明的初衷是利用二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵的特性，实现疏水纸的清洁生产。

三、发明内容：

本发明旨在利用纸浆纤维上的羧基和施胶剂二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵的环氧基之间的酯化反应使疏水性物质固着在纤维的表面，克服背景技术中的不足之处，获得紧度高、抗水性好的一种疏水纸。

本发明具体包括以下步骤：

(1)硬脂酸、催化剂及复合抗氧化剂加热熔化后，在15min内滴加完二乙烯三胺，缓慢升温至160℃得到脂肪酰胺。取0.1mol脂肪酰胺在70℃左右与环氧氯丙烷进行反应2h，加入水和乳化剂乳化，冷却调节pH至4.5左右，得到白色均一二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵乳液。

(2)将针叶木浆用水分散于1000mL内含TEMPO、NaBr的四口烧瓶中，室温反应2h。反应过程中以滴加的方式加入NaClO，控制滴加速度。反应终止时加入自由基终止剂。5min后，不调节pH，使用真空抽吸过滤成滤饼后，用去离子水洗涤，至pH呈中性。反应产物于4℃冷藏。

(3)将步骤(1)得到的白色乳液与步骤(2)得到的氧化纸浆纤维混合，成形脱水，烘干，得到疏水纸。

本发明的优点在于：

提出了一种反应型施胶剂二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵中的环氧基与纸浆纤维素表面的羧基发生酯化反应得到疏水纸，与传统施胶剂AKD及ASA施胶相比具有如下优势：

(1)二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵属于阳离子反应型施胶剂，具有对纸浆纤维静电吸附特性。

(2)二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵与高羧基含量的纸浆纤维施胶酯化反应，制得的纸疏水性好、紧度高。

(3)本发明的二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵乳液的稳定性好，无水解现象。

(4)本发明的二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵施胶剂没有施胶度滞后缺陷。

四、具体实施方式

实例1：二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵的合成，其步骤如下：

A、在四口烧瓶中加入硬脂酸，启动搅拌器，缓慢升温，使硬脂酸熔化。当硬脂酸完全熔化后，向反应器内加入少量水，停止加热，缓慢滴加与硬脂酸摩尔比为1∶1到2∶1的二乙烯三胺，在15min内滴完。然后缓慢升温至140℃，继续加热至160℃，出料得到脂肪酰胺；

B、在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和冷凝管的100ml四口烧瓶中，加入0.1mol脂肪酰胺，缓慢升温，使脂肪酰胺处于熔融状态，启动搅拌器，控制温度在70℃左右，从滴液漏斗中滴加与脂肪酰胺摩尔比为0.5∶1到1.5∶1的环氧氯丙烷和少量水，快速搅拌，滴加完以后继续反应2h。加入水和乳化剂乳化，冷却25℃，调节pH至4.5左右，得到二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵白色乳液。

实例2：纸浆纤维氧化工艺如下：

10g针叶木浆用水分散于1000mL内含TEMPO、NaBr的四口烧瓶中，室温反应2h。反应过程中以滴加的方式加入NaClO，控制滴加速度。反应终止时加入自由基终止剂。5min后，不调节pH，使用真空抽吸过滤成滤饼后，用去离子水洗涤，至pH呈中性。氧化纸浆纤维表面羧基含量在1.35mmol/g，聚合度在180之间，结晶度72％。

实例3：疏水纸制造工艺如下：

2.2g氧化纸浆纤维，用水稀释至1000ml，加入0.2％的二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵乳液(对纤维质量)，混合均匀后经抄片器成形脱水，湿纸页在105℃下烘5min，制得疏水纸张，纸张的紧度提高25％，Cobb₆₀值降低18％。

Claims (5)

1.本发明所提供的一种疏水纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)硬脂酸完全熔化后，缓慢滴加与硬脂酸摩尔比为1∶1到2∶1的二乙烯三胺，在15min内滴完，然后缓慢升温至140℃，继续加热至160℃，出料得到脂肪酰胺。0.1mol脂肪酰胺，缓慢升温至70℃左右，从滴液漏斗中滴加与脂肪酰胺摩尔比为0.5∶1到1.5∶1的环氧氯丙烷和少量水，快速搅拌，滴加完以后继续反应2h。加入水和乳化剂乳化，冷却25℃，调节pH至4.5左右，得到二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵白色乳液；

(2)将10g针叶木浆用水分散于1000mL内含TEMPO、NaBr的四口烧瓶中，室温反应2h。反应过程中以滴加的方式加入NaClO，控制滴加速度。反应终止时加入自由基终止剂。5min后，不调节pH，使用真空抽吸过滤成滤饼后，用去离子水洗涤，至pH呈中性；

(3)2.2g氧化纸浆纤维，用水稀释至1000ml，加入0.2％的二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵乳液(对纤维质量)，混合均匀后经抄片器成形脱水，湿纸页在105℃下烘5min，制得疏水纸张。

2.根据权利要求1一种疏水纸的制备方法，其特征在于二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵阳电性，对负电性的纸浆纤维产生静电吸附，使疏水的二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵定着在纤维表面。

3.根据权利要求1一种疏水纸的制备方法，其特征在于TEMPO对纸浆纤维的选择性氧化，羧基含量在0.5-1.5mmol/g。

4.根据权利要求1一种疏水纸的制备方法，其特征在于二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵上的环氧基与纸浆纤维上的羧基反应生成酯键。

5.根据权利要求1一种疏水纸的制备方法，其特征在于二硬脂酰胺乙基环氧丙基氯化铵作为施胶剂，没有水解及施胶度滞后缺陷。