CN103410052A

CN103410052A - 表面施胶剂乳液的制备方法

Info

Publication number: CN103410052A
Application number: CN2013102876947A
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10～15Mpa条件下均质，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单体、淀粉、双氧水、硅烷和硫酸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5～25份、水300～590份；其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。本发明的高性能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，提高纸张表面强度。

Description

表面施胶剂乳液的制备方法

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。通过对淀粉类乳化剂的改性，提高分子链的阳离子度和疏水性能以提高施胶剂在纸张表面施胶过程中的性能。

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10～15Mpa条件下均质，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单体、淀粉、双氧水、硅烷和硫酸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：

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，将双氧水加入淀粉和水的混合物，保温1～3小时，用硫酸调整pH为3～5；

（b）再升温至70～90℃，将引发剂水溶液的20～30%，加入步骤（a）的产物，保温5～10分钟；再同时滴加阳离子单体和余量的引发剂水溶液，滴加时间1～3小时，接着再滴加硅烷，滴加时间为5～15分钟，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：

所述的阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酸酰氧乙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；

所述的淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉中的至少一种。

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3～5

本发明人发现，在淀粉上接枝阳离子单体、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，这可能是由于淀粉分子上具有大量的羟基可以接枝大量的阳离子单体，在酸性条件下呈强阳离子性，应用于表面施胶时提高与纸张纤维的结合力，表现为纸张表面强度的提高、表面吸水情况得到改善。本发明人发现，出乎意料，在体系中添加少量的硅烷能改善施胶剂乳液的应用性能，这可能由于硅烷能与淀粉上的羟基反应，部分亲水的羟基被封端，在浆内施胶时封端又容易与纤维的羟基反应结合而提高纸张的疏水性，降低Cobb值。在配方中添加少量的石蜡能够明显改善纸张的疏水性，这可能由于石蜡分子能够在纸张表面形成疏水层，无熟化过程的原因。

本发明的高性能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，提高纸张表面强度。

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玉米淀粉、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1g硫酸调整pH=3.02。

d)再升温至70℃，将2.06g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，70℃保温10分钟；同时滴加10g二甲基二烯丙基氯化铵和余量的引发剂水溶液，滴加时间1小时；接着再滴加0.1g乙烯基三异丙氧基硅烷，滴加时间15分钟。

e)70℃保温1小时，加入130.1g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为20.0wt%，分子量为99830g/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5g阳离子聚合物（实施例1方案制得）、303g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℃，100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量25.0wt%，粘度28.3mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.10（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木薯淀粉、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0.1g硫酸调整pH=4.91。

d)再升温至90℃，将3.9g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，90℃保温5分钟；同时滴加30g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵和余量的引发剂水溶液，滴加时间3小时；接着再滴加1gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加时间5分钟。

e)90℃保温0.5小时，加入92.08g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为25.01wt%，分子量为10013g/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25g阳离子聚合物（实施例2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℃、15Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量14.92wt%，粘度8.2mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=4.76（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玉米淀粉、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0.5g硫酸调整pH=4.12。

d)再升温至80℃，将3g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，80℃保温8分钟；同时滴加20g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵和余量的引发剂水溶液，滴加时间2小时；接着再滴加0.5g乙烯基三乙氧基硅烷，滴加时间10分钟。

e)80℃保温0.7小时，加入108.67g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50120g/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15g阳离子聚合物（实施例3方案制得）、401.9g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℃、13Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量20.18wt%，粘度12.6mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.91（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木薯淀粉、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0.4g硫酸调整pH=4.25。

d)再升温至85℃，将3.08g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，85℃保温7分钟；同时滴加10g二甲基二烯丙基氯化铵、5g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵和余量的引发剂水溶液，滴加时间1.5小时；接着再滴加0.1g乙烯基三乙氧基硅烷、0.6g乙烯基三异丙氧基硅烷，滴加时间12分钟。

e)85℃保温0.8小时，加入57.32g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为24.03wt%，分子量为67485g/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10g阳离子聚合物（实施例4方案制得）、458.9g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℃、14Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量18.30wt%，粘度9.32mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=4.18（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例5

阳离子聚合物的合成：

a)将1g过硫酸钾、0.5g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玉米淀粉、300g去离子水加入1000ml四口烧瓶中，溶解，升温至63℃；

c)在67℃情况下，将1.5g双氧水加入四口烧瓶中，67℃保温1.5小时；用0.8g硫酸调整pH=3.53。

d)再升温至75℃，将2.53g引发剂水溶液迅速加入四口烧瓶中，75℃保温6分钟；同时滴加15g二甲基二烯丙基氯化铵、10g甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵和余量的引发剂水溶液，滴加时间2.5小时；接着再滴加0.3gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.5g乙烯基三异丙氧基硅烷，滴加时间8分钟。

e)75℃保温0.6小时，加入155.16g去离子水，降温至25℃过滤，得到阳离子聚合物：重量固含量为21.51wt%，分子量为34000g/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100gAKD蜡在71℃熔融，备用；

2）将20g阳离子聚合物（实施例5方案制得）、458.9g去离子水混合，在搅拌下升温至68℃，提高搅拌速度到9500rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为8分钟。在68℃、12Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量22.03wt%，粘度13.51mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.54（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例6

对比例：按CN200710150369.0的方法制备的施胶剂乳液

用实施例1～5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10～15Mpa条件下均质，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单体、淀粉、双氧水、硅烷和硫酸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：

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：

所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵或甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种；所述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；所述的淀粉选自玉米淀粉、木薯淀粉中的至少一种。

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为15～25%，25℃粘度为5～30mPa.s，pH为3～5。