CN103352397B

CN103352397B - 一种造纸涂布用润滑剂及其制备方法

Info

Publication number: CN103352397B
Application number: CN201310307688.3A
Authority: CN
Inventors: 孙大伟; 陈冬平
Original assignee: ZHEJIANG HEXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG HEXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: CN103352397A

Abstract

本发明公开了一种造纸涂布用润滑剂及其制备方法，以重量份计，润滑剂的原料组成为：石蜡100份；催化剂0.5～2份；乳化剂5～15份；助乳化剂2～8份；水250～300份。制备方法为：（1）将所述石蜡与助催化剂按比例混合、融化，向融化后的混合液中通入空气，升温至120～160℃，加入所述配比的催化剂，保温3～8h；（2）将步骤（1）得到的混合液冷却后加入所述配比的乳化剂、助乳化剂和水进行乳化，乳化后冷却即得所述纸涂布用润滑剂。本发明操作简单，适合工业化规模生产，制备的润滑剂粘度低、稳定性好、性价比高、不含甲醇、无氨味，不危害生产工人以及消费者身体健康。

Description

一种造纸涂布用润滑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及造纸涂布领域，具体涉及一种造纸涂布用润滑剂及其制备方法。

背景技术

润滑剂在造纸涂料中起到降低涂层摩擦系数、改变涂料流变性、进而提高成品纸光泽的功能。目前市场上的造纸用润滑剂以高级脂肪酸盐类及高分子氧化聚乙烯为主，还包括蜡乳液等，他们均有改善涂层摩擦系数的作用。

例如，申请号为201010552916.X的中国发明专利申请公开了一种以硬脂酸钙为主要组成的造纸用水性分散液及其制备方法，该分散液主要用作造纸涂布过程助剂、功能性助剂和涂料润滑剂。该液体是由硬脂酸钙、乳化剂A、乳化剂B、助剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂和水加工形成，生产时先是按一定配比将硬脂酸钙、乳化剂A、乳化剂B、助剂、分散剂、消泡剂、杀菌剂和水加入到高压反应釜中，密封后加热升温至160～190℃，恒温搅拌1小时，然后快速冷却至室温，即可得到目标产品。根据上面所述的配比及方法，制备所得的水性硬脂酸钙分散液，粘度范围90～680mPa.S，粒径范围0.45～5.0μm，固含量为39～75wt%。

传统硬脂酸钙分散液稳定性较差，粘度高，粒径较粗，工艺繁杂，难以适应涂布工艺对涂料高固含量、低粘度和流变流平性能好的要求。

申请号为200410013234.6的发明公开了一种以氧化聚乙烯蜡为主要原料制备造纸涂布专用润滑剂的生产工艺，它是将作为原料的氧化聚乙烯蜡非离子化，将OP-10或TX-10或NP-10表面活性剂阴离子化，然后以改性的所述表面活性剂与非离子化的氧化聚乙烯蜡和硅酮复合、乳化，制备出了固含量为25%的水包油型乳液产品。

采用氧化聚乙烯蜡为原料制备得到的润滑剂相比传统的润滑剂其稳定性提高，粘度和粒径都降低，但是采用氧化聚乙烯蜡为原料制备的润滑剂成本较高，氧化聚乙烯蜡价格在22000元/吨以上，是石蜡价格的两倍多。

当选择以石蜡为主要原料制备的造纸涂布专用润滑剂，其在稳定性、平滑度、光泽度、表面强度、湿拉毛、湿排斥、印刷光泽度等方面，比起传统造纸涂布专用润滑剂，如硬脂酸钙分散液、硅油乳液，带有具有明显改善，此外，这种润滑剂粘度低、稳定性好、性价比高，不含甲醇、无氨味，不危害生产工人以及消费者身体健康，并能用于食品包装纸的制备。申请号为200610028198.X的中国发明专利公开了一种造纸用纳米乳液型润滑剂，组分和重量份数包括：蜡1-1.5份乳化剂0.4～1.3份无机碱或有机碱0.2-1.0份极性溶剂0.1～0.3份脂肪醇0.01-0.1份有机硅乳液0.1-0.3份水3～5.2份。蜡选自石蜡、蜂蜡或聚氧乙烯蜡。该发明得到的多功能纳米乳液型润滑剂主要用于纸张涂布，润滑剂的稳定性、流平性以及对辅料的分散性，均比现有技术有较大的提高，乳液粒子极细，粒径介于5-50纳米。该专利制备的石蜡乳液所需乳化剂量大，添加剂的价格昂贵，制备条件要求高且工艺复杂，成本高，使其在造纸涂布上的应用受到限制。

发明内容

本发明提供了一种造纸涂布用润滑剂及其制备方法，操作简单，适合工业化规模生产，制备的润滑剂粘度低、稳定性好、性价比高、不含甲醇、无氨味，不危害生产工人以及消费者身体健康。

一种造纸涂布用润滑剂，以重量份计，原料组成为：

石蜡100份；

催化剂0.1～12份；

乳化剂5～15份；

助乳化剂2～8份；

水250～300份。

作为优选，所述催化剂为高锰酸钾、12-羟基硬脂酸、硬脂酸、H₂O₂、锰钠皂中至少一种。所述H₂O₂为浓度为50%的双氧水，所述12-羟基硬脂酸酸值160～180mgKOH/g，羟值小于140mgKOH/g，所述高锰酸钾含量大于90%。

作为优选，所述乳化剂为壬基苯酚聚氧乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇单油酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯中的至少一种。

作为优选，所述助乳化剂为二乙醇胺、三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400和聚乙二醇600中的至少一种。

本发明还提供了一种如所述造纸涂布用润滑剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将所述石蜡融化，向融化后的溶液中通入空气，升温至120～160℃，加入所述配比的催化剂，保温3～8h得混合液；

（2）将步骤（1）得到的混合液冷却后加入所述配比的乳化剂、助乳化剂和水进行乳化，乳化后冷却即得所述纸涂布用润滑剂。

作为优选，步骤（1）中所述空气的流量为10～50m3/h。

作为优选，步骤（2）中乳化温度为85～95℃。

作为优选，步骤（2）中乳化时间为20～50min。

作为优选，步骤（2）中乳化时的搅拌速度为600～800r/min。

步骤（2）中将混合液冷却至90℃左右，先加入乳化剂和助乳化剂，搅拌20～30min后再加入水继续搅拌反应。

为了加快石蜡改性时的氧化速度，步骤（1）中可以再升温前加入一部分助催化剂，升温至120～160℃，再加入催化剂，所述助催化剂可以从催化剂中选择一种，例如12-羟基硬脂酸，一种优选的方案是在升温前加入12-羟基硬脂酸，升温至120～160℃后再加入高锰酸钾作为催化剂，12-羟基硬脂酸与高锰酸钾的添加质量比为3～3.5:1，12-羟基硬脂酸与高锰酸钾两者协同作用加快石蜡的氧化进程。

按照上述优选的条件制备的乳液粒径小、稳定性好，常温储存180天不会分层。

本发明以石蜡为主要制备原料，由于石蜡极性很低，难以乳化，本发明中通过向石蜡分子中引入含氧基团，在催化剂和助催化剂的作用下，向熔融的石蜡中通入空气进行氧化，即向石蜡分子链中引入极性基团，如羧基、羟基等，增强了蜡分子的极性，提高了乳化性能，有较强的亲和力和表面活性，改性后的石蜡酸值为10～30mg(KOH)/g，易于被乳化，形成稳定的微乳液。氧化过程完成后，在一定温度下加入乳化剂和乳化助剂对改性石蜡进行乳化，最后制备出稳定的石蜡微乳液。

普通石蜡乳液的涂布润滑效果一般，且使用后纸张表面油墨吸收性和油墨吸收速度较差，使用本法改性的石蜡乳液不会降低纸张表面油墨吸收性和油墨吸收速度，能够较好地改善纸的平滑度和表面强度。

目前石蜡乳液的制备通常采用乳化剂直接进行乳化制得，因石蜡极性低、疏水性大，需要加入大量的乳化剂和其它功能性添加剂，且乳化工艺条件苛刻，需高温下高速分散制得，成本较大，使其在造纸涂布上的应用受到限制，本发明对石蜡进行改性，使其易于被乳化剂乳化，工艺简单，使得产品更加稳定，易于在造纸涂布领域得到广泛应用。

本发明所制备的润滑剂，乳液粒径在1μm以下，以3000r/min离心分离1小时不分层，粘度低，成本是氧化聚乙烯蜡润滑剂一半左右，克服了传统硬脂酸钙润滑剂存在的粘度高、稳定性差、生产工艺复杂、含有甲醇、有氨味等缺点，同时也弥补了普通石蜡乳液涂布后会使纸张表面油墨吸收性和油墨吸收速度较差的不足，是一种性价比高适应涂布工艺要求的润滑剂。

现有技术中用石蜡为原料制备的润滑剂所需乳化剂量大、工艺条件苛刻、稳成本较高、稳定性差、储存时易分层，且会降低纸张表面油墨吸收性和油墨吸收速度，本发明制备的改性石蜡润滑剂有效地克服了现有工艺的缺点，制备工艺简单、乳化剂使用量低、成本低、稳定性好，不会降低表面油墨吸收性和油墨吸收速度，能较好地改善纸的平滑度和表面强度。

具体实施方式

以下实施例中所用原料均为市售商品。

实施例1

将100kg石蜡，3kg12-羟基硬脂酸，一起加入白钢塔内，加热升温，当原料融化后，向塔内通入10m³/h的空气，继续升温，温度达到120℃时，缓慢加入高锰酸钾1kg，进行氧化反应，4小时后停止反应并降温，当温度为90℃时，加入5kg脂肪醇聚氧乙烯醚（O-10）、4kg脂肪醇聚氧乙烯醚（O-20）、1kg十二烷基苯磺酸钠和6kg三乙醇胺，搅拌20分钟后，加入280kg水，在85～95℃下，以600r/min的速度搅拌30分钟，乳化完成后使体系温度下降至50℃，开盖、出料，即得到造纸涂布专用润滑剂改性石蜡微乳液。

该润滑剂的固含量为30.5%，平均粒径为0.128μm，粘度为35mPa·s。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。

实施例2

将100kg石蜡加入到反应塔内，加热升温，当原料融化后，向塔内通入20m³/h的空气，继续升温，温度达到130℃时，缓慢加入12kgH₂0₂(含量50%)，进行氧化反应，5小时后停止反应并降温，当温度为90℃时，加入12kg壬基苯酚聚氧乙烯醚（TX-10）、1kg十二烷基硫酸钠和3kg二乙醇胺，搅拌25分钟后，加入280kg水，在85～95℃下，以700r/min的速度搅拌40分钟，乳化完成后使体系温度下降至50℃，开盖、出料，即得到造纸涂布专用润滑剂改性石蜡微乳液。

该润滑剂的固含量为30.3%，平均粒径为0.137μm，粘度为38mPa·s。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。

实施例3

将100kg石蜡加入到反应釜内，加热升温，当原料融化后，向塔内通入30m³/h的空气，继续升温，温度达到140℃时，缓慢加入硫酸锰0.4kg和烧碱0.2kg，进行氧化反应，6小时后停止反应并降温，当温度为90℃时，加入5kg异构醇聚氧乙烯醚（E1310）、10kg失水山梨醇单油酸酯（Span-80）和4kg聚乙二醇200，搅拌20分钟后，加入250kg水，在85～95℃下，以700r/min的速度搅拌35分钟，乳化完成后是体系温度下降至50℃，开盖、出料，即得到造纸涂布专用润滑剂改性石蜡微乳液。

该润滑剂的固含量为29.8%，平均粒径为0.103μm，粘度为29mPa·s。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。

实施例4

将100kg石蜡加入到反应釜内，加热升温，当原料融化后，向塔内通入40m³/h的空气，继续升温，温度达到150℃时，缓慢加入4kg硬脂酸，进行氧化反应，7小时后停止反应并降温，当温度为90℃时，加入5kg聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯（Tween-80）、3kg失水山梨醇单油酸酯（Span-80）、1kg十二烷基苯磺酸钠和5kg聚乙二醇400，搅拌30分钟后，加入300kg水，在85～95℃下，以800r/min的速度搅拌40分钟，乳化完成后是体系温度下降至50℃，开盖、出料，即得到造纸涂布专用润滑剂改性石蜡微乳液。

该润滑剂的固含量为30.2%，平均粒径为0.122μm，粘度为34mPa·s。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。

表1造纸用润滑剂主要质量指标

表2不同类型润滑剂的白板纸涂布性能检测结果

由表1和表2的结果可知，由本发明制备得到的润滑剂各项性能参数均达到或优于现有产品的性能参数。

Claims

1.一种造纸涂布用润滑剂的制备方法，其特征在于，所述的造纸涂布用润滑剂，以重量份计，原料组成为：

所述催化剂为高锰酸钾和12-羟基硬脂酸；

所述乳化剂为壬基苯酚聚氧乙烯、脂肪醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、失水山梨醇单油酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯中的至少一种；

所述助乳化剂为二乙醇胺、三乙醇胺、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400和聚乙二醇600中的至少一种；

该方法包括如下步骤：

(1)将所述石蜡融化，向融化后的溶液中通入空气，所述空气的流量为10～50m³/h，升温至120～160℃，在升温前加入12-羟基硬脂酸，升温至120～160℃后再加入高锰酸钾作为催化剂，12-羟基硬脂酸与高锰酸钾的添加质量比为3～3.5:1，保温3～8h得混合液；

(2)将步骤(1)得到的混合液冷却后加入所述配比的乳化剂、助乳化剂和水进行乳化，乳化温度为85～95℃，乳化时间为20～50min，乳化时的搅拌速度为600～800r/min，乳化后冷却即得所述纸涂布用润滑剂。