CN103410051A

CN103410051A - 表面施胶剂乳液及其制备方法

Info

Publication number: CN103410051A
Application number: CN2013102876928A
Authority: CN
Inventors: 施晓旦; 尹东华; 王养臣
Original assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd
Current assignee: Shanghai Dongsheng New Material Co Ltd; Shandong Dongsheng New Material Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供了一种表面施胶剂乳液的制备方法，包括如下步骤：将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25MPa条件下均质，降温至40℃以下加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子醚化剂、壳聚糖、双氧水、硅烷、醋酸和氢氧化钠、分散剂在引发剂的作用下反应制备得到的；各个组分的重量分数如下：AKD蜡80～90份、石蜡10～20份、阳离子聚合物25～100份、乙二醛1～5份、水270～600份；其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。本发明的表面施胶剂乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在应用于纸张的表面施胶，能明显改善纸张的疏水性，降低Cobb值及提高纸张的表面强度。

Description

表面施胶剂乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种表面施胶剂乳液，应用于纸张生产过程中的表面施胶。

背景技术

随着中碱性造纸技术的发展，作为一种反应型的中碱性施胶剂，具有施胶效率高、用量少等特点在造纸中得到广泛的应用。传统施胶剂乳液使用阳离子淀粉作为乳化剂和稳定剂，但这种乳液在纤维上的留着率较低，与纤维的反应较慢，施胶熟化时间长。近年来，随着涂布损纸、脱墨废纸、高得率浆的使用，纸机白水循环封闭程度的提高以及其他造纸助剂的使用，使纸机湿部干扰性的阴离子杂质的聚集浓度越来越高，对纸机湿部操作的危害越来越大。为更好的解决阴离子杂质对施胶所带来的问题，尤其是改善施胶剂中碱性施胶的效果，应该采用电荷密度更高的聚合物来代替阳离子淀粉对阴离子杂质进行捕捉。壳聚糖是一种自身呈阳离子性的天然高分子化合物，具有相似于纤维素的结构，不同之处只是二者C2原子上所连接的基团不同；在这个位置上，纤维束链接的是一个羟基，而壳聚糖链接的是氨基或酰氨基。

中国专利CN200710150369.0公开了一种采用天然高分子接枝聚合的阳离子聚合物乳化施胶剂得到施胶剂乳液的方法，得到的施胶剂乳液施胶熟化速度较快，但施胶剂用量较大。

发明内容

本发明的目的是提出一种表面施胶剂乳液的制备方法，以克服已有技术的缺陷。

所述表面施胶剂乳液的制备方法，包括如下步骤：

将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25Mpa条件下均质，降温至40℃以下加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子醚化剂、壳聚糖、双氧水、硅烷、醋酸和氢氧化钠、分散剂在引发剂的作用下反应制备得到的；

各个组分的重量分数如下：

AKD蜡 80～90份、

石蜡 10～20份、

阳离子聚合物 25～100份、

乙二醛 1～5份、

水 270～600份；

其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。

所述阳离子聚合物的制备方法，包括如下步骤：

（a）在60～70℃下，将双氧水加入壳聚糖和水的混合物，保温1～3小时，用氢氧化钠调整pH为10～13；

（b）再升温至70～90℃，加入阳离子醚化剂，加入时间10～30分钟，继续在70～90℃保温2～5小时，用醋酸中和至pH=3～5，接着再滴加硅烷和引发剂溶液，滴加时间为5～15分钟，70～90℃保温0.5～1小时，加入分散剂，70～90℃保温0.5～1小时，加入水稀释，调整固含量，得到阳离子聚合物。所述的阳离子聚合物重量固含量为20～25wt%，重均分子量为10000～100000g/mol。

其中各个组分的重量份数如下：

壳聚糖 100份、

重量浓度为30%双氧水 1～5份、

阳离子醚化剂 10～30份、

醋酸 1～3份、

硅烷 0.5～5份、

氢氧化钠 3～10份、

引发剂 0.3～3份、

分散剂 0.5～1份、

水 320～590份；

所述的阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的至少一种；

所述的硅烷选自乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种；

所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种。

所述的分散剂选自亚甲基双萘磺酸钠或亚甲基双甲萘磺酸钠中的至少一种。

所述的施胶剂乳液，主要应用于纸张的表面施胶。

所述表面施胶剂乳液，重量固含量15～25%，25℃粘度完为5～30mPa.s，pH为2～4。

本发明人发现，在壳聚糖上接枝阳离子醚化剂、调整合适的分子量所得的阳离子聚合物，能够作为施胶剂乳化剂使用，能明显改善施胶剂乳液的应用性能，这可能是由于壳聚糖分子量上具有大量的胺基并且接枝大量的阳离子醚化剂，在酸性条件下呈阳离子性而提高整个施胶剂乳液体系的阳离子性，在应用于表面施胶时能够增加施胶剂与纤维键合点而提高应用性能。本发明人发现，出乎意料，在体系中添加少量的硅烷能改善纸张的表面强度，这可能由于硅烷能与纸张纤维中的活性基团反应而起到架桥作用。在最后的乳液中添加少量的乙二醛能对施胶剂的应用性能有比较明显的提高，这可能由于乙二醛具有2个活性基团，改善淀粉施胶液涂膜强度、加强与纤维的结合力，从而降低纸张的Cobb值，改善纸张的表面强度。

本发明的表面施胶剂乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在应用于纸张的表面施胶，能明显改善纸张的疏水性，降低Cobb值及提高纸张的表面强度。

具体实施方式

实施例中，所述AKD蜡的化学名称为烷基烯酮二聚体；

实施例1

阳离子聚合物的合成：

a)将0.3g过硫酸钾溶解于10g去离子水溶解成引发剂水溶液，备用；

b)将100g壳聚糖、300g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至60℃；

c)在60℃情况下，将1g双氧水加入四口烧瓶中，60℃保温1小时；用3g氢氧化钠调整pH=10.2。

d)再升温至70℃，将10g3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵迅速加入四口烧瓶中，70℃保温2小时；用1g醋酸中和至pH=3.05，接着再滴加0.5g乙烯基三异丙氧基硅烷和引发剂溶液，滴加时间为5分钟，70℃保温0.5小时，加入0.5g亚甲基双萘磺酸钠，70℃保温0.5小时，加入30.9g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为24.89wt%，分子量为99885g/mol（使用美国Wyatt Technology Corp公司产的多角度动态激光光散射分子量测定仪测定）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将80gAKD蜡、20g石蜡（56#全精炼石蜡）在70℃熔融，备用；

2）将25g阳离子聚合物（实施例1方案制得）、583.3g去离子水混合，在搅拌下升温至75℃，提高搅拌速度到8000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为15分钟。在75℃、25Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入1g乙二醛，搅拌10分钟后用100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量14.95wt%，粘度8.5mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.98（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

阳离子聚合物的合成：

a)将3g过硫酸钠溶解于10g去离子水溶解成引发剂水溶液。备用；

b)将100g壳聚糖、300g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至70℃；

c)在70℃情况下，将5g双氧水加入四口烧瓶中，70℃保温3小时；用10g氢氧化钠调整pH=12.93。

d)再升温至90℃，将30g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵迅速加入四口烧瓶中，90℃保温5小时；用3g醋酸中和至pH=4.85，接着再滴加5gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和引发剂溶液，滴加时间为15分钟，90℃保温1小时，加入1g亚甲基双甲萘磺酸钠，90℃保温1小时，加入278g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为20.4wt%，分子量为10054g/mol（使用美国Wyatt Technology Corp公司产的多角度动态激光光散射分子量测定仪测定）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将90gAKD蜡、10g石蜡（60#全精炼石蜡）在75℃熔融，备用；

2）将100g阳离子聚合物（实施例2方案制得）、280g去离子水混合，在搅拌下升温至65℃，提高搅拌速度到10000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为5分钟。在65℃、10Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入5g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量24.99wt%，粘度28.2mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=2.08（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

阳离子聚合物的合成：

a)将2g过硫酸铵溶解于10g去离子水溶解成引发剂水溶液。备用；

b)将100g壳聚糖、300g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至65℃；

c)在65℃情况下，将3g双氧水加入四口烧瓶中，65℃保温2小时；用6g氢氧化钠调整pH=11.60。

d)再升温至80℃，将20g3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵迅速加入四口烧瓶中，80℃保温3小时；用2g醋酸中和至pH=4.08，接着再滴加3g乙烯基三乙氧基硅烷和引发剂溶液，滴加时间为10分钟，80℃保温0.8小时，加入0.7g亚甲基双甲萘磺酸钠，80℃保温0.8小时，加入138.5g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为22.51wt%，分子量为50235g/mol（使用美国Wyatt Technology Corp公司产的多角度动态激光光散射分子量测定仪测定）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将85gAKD蜡、15g石蜡（58#全精炼石蜡）在72℃熔融，，备用；

2）将50g阳离子聚合物（实施例3方案制得）、406.25g去离子水混合，在搅拌下升温至70℃，提高搅拌速度到9000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为10分钟。在70℃、18Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入3g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量20.04wt%，粘度14.1mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=2.89（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

阳离子聚合物的合成：

a)将1g过硫酸铵溶解于10g去离子水溶解成引发剂水溶液。备用；

b)将100g壳聚糖、300g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至63℃；

c)在63℃情况下，将2g双氧水加入四口烧瓶中，63℃保温2.5小时；用8g氢氧化钠调整pH=12.05。

d)再升温至85℃，将10g3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、15g2,3-环氧丙基三甲基氯化铵迅速加入四口烧瓶中，85℃保温4小时；用2.5g醋酸中和至pH=4.36，接着再滴加2g乙烯基三乙氧基硅烷、2g乙烯基三异丙氧基硅烷和引发剂溶液，滴加时间为8分钟，85℃保温0.6小时，加入0.3g亚甲基双甲萘磺酸钠、0.3g亚甲基双甲萘磺酸钠，85℃保温0.6小时，加入34.4g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为23.80wt%，分子量为67333g/mol（使用美国Wyatt Technology Corp公司产的多角度动态激光光散射分子量测定仪测定）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将82gAKD蜡、18g石蜡（54#全精炼石蜡）在73℃熔融，备用；

2）将75g阳离子聚合物（实施例4方案制得）、480.5g去离子水混合，在搅拌下升温至72℃，提高搅拌速度到8500rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为12分钟。在72℃、22Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入2g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量18.13wt%，粘度11.20mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.17（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例5

对比例：按CN200710150369.0的方法制备的施胶剂乳液

用实施例1～4和对比例，按下述工艺进行应用实验

实验条件及工艺方案设计

1、表面施胶液的配制

施胶氧化淀粉搅拌升温至90-95℃，保温糊化30min后调至65℃恒温，备用。

施胶方案：使用上述氧化淀粉液与表面施胶剂，淀粉浓度10％。

配比为：淀粉：表面施胶剂：荧光增白剂=50:1:4（干/干/湿）。

2、采用70g/m²静电复印纸作为施胶原纸，使用上述胶料，在实验室小型施胶机上，以相同的施胶量（单面1.8g/m2）分别进行单面施胶，施胶后的纸样以相同的温度、时间（85℃*20s）在上光机上进行干燥，检测纸样下机及熟化5min后的Cobb值以及纸样的表面强度。

判定标准：Cobb值越低效果越好，表面强度越大越好

从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的表面施胶剂乳液，与对比例相比，应用于纸张制造过程中的表面施胶，所得纸张的Cobb值低，表面强度高，应用效果好。

Claims

1.一种表面施胶剂乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25Mpa条件下均质，降温至40℃以下加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子醚化剂、壳聚糖、双氧水、硅烷、醋酸和氢氧化钠、分散剂在引发剂的作用下反应制备得到的；各个组分的重量分数如下：

AKD蜡 80～90份、

石蜡 10～20份、

阳离子聚合物 25～100份、

乙二醛 1～5份、

水 270～600份；

其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子聚合物的制备方法，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阳离子聚合物制备步骤中各个组分的重量份数如下：

壳聚糖 100份、

重量浓度为30%双氧水 1～5份、

阳离子醚化剂 10～30份、

醋酸 1～3份、

硅烷 0.5～5份、

氢氧化钠 3～10份、

引发剂 0.3～3份、

分散剂 0.5～1份、

水 320～590份；

所述的阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的至少一种；所述的硅烷选自乙烯基三异丙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述的引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种；所述的分散剂选自亚甲基双萘磺酸钠或亚甲基双甲萘磺酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述方法制备的施胶剂乳液，其特征在于，所述表面施胶剂乳液的重量固含量15～25%，25℃粘度完为5～30mPa.s，pH为2～4。