CN103451994A - 一种季铵盐改性锂皂石乳化剂及其乳化asa的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种季铵盐改性锂皂石乳化剂及其乳化ASA的方法，属于造纸施胶剂乳化技术领域。该乳化剂由独立存在的季铵盐和锂皂石组成；季铵盐和锂皂石的质量比为1：50-500。季铵盐改性锂皂石乳化剂，季铵盐对锂皂石的改性效率高，在稳定ASA施胶乳液时的用量少、对ASA施胶乳液的乳化效果好；采用季铵盐改性锂皂石乳化剂稳定的ASA施胶乳液：稳定性好，放置24小时不会产生颗粒聚集、沉淀或者析出水相；不容易水解：乳液放置3小时后，施胶性能变化不大；施胶效率高：相对锂皂石单独稳定的ASA乳液，施胶效率有大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种季铵盐改性锂皂石乳化剂及其乳化ASA的方法，属于造纸施胶剂乳化技术领域。
背景技术
ASA是烯基琥珀酸酐（alkenyl succinic anhydride）的简称，在造纸工业中常用作浆内施胶剂，提高纸张的抗水性。ASA具有反应活性高、pH适应范围广、与铝盐相容性好、成纸不打滑等优点。相对其它反应型施胶剂如AKD（烷基烯酮二聚体），ASA对含有各种高得率浆、二次纤维浆和草浆的纸张和纸板的施胶更具优势，因此，其在造纸工业中的应用将会越来越广泛。
纸张的抄造常以水作为介质，而ASA是一种油状液体，需要乳化成水包油型乳液后，方可在造纸系统中使用，且作为一种酸酐，ASA极易水解。因此，目前多利用各种天然或合成高分子聚合物如阳离子淀粉和表面活性剂在施胶之前现场乳化ASA。然而，ASA是一种强极性、高黏度油相，一般高分子聚合物对ASA乳液的稳定效率不高，加之为了降低ASA的水解速度，故意加大高分子稳定剂的用量。如利用阳离子淀粉稳定ASA乳液时，淀粉的用量常为ASA的2～4倍。这不仅提高了ASA乳液的制备成本，也使得所制备的ASA乳液有效ASA含量很低，降低了乳化设备的生产效率。同时，表面活性剂的引入，不仅会引起一系列的纸机操作障碍，也降低了ASA乳液的施胶效率。
除表面活性剂和高分子聚合物之外，固体颗粒也可用于稳定ASA乳液。如美国专利US6,284,099披露了一种利用膨润土、胶体二氧化硅与少量表面活性剂和螯合剂稳定ASA乳状液的方法，但所制备的乳液有效ASA含量低，稳定性不佳。中国专利ZL 200910020447.4披露了一种利用膨润土与水滑石联合稳定ASA乳液的方法，该方法完全避免了表面活性剂的使用，所制备的ASA乳液有效ASA含量高、水解稳定性好。然而，ASA乳液的施胶效率还有待于进一步提高。2011年第10期《中国造纸》的一篇文章中，利用丁胺改性锂皂石稳定ASA乳液，所得ASA乳液不仅具有较好的稳定性，也使ASA乳液的施胶效果得到了大幅度提高。但丁胺的水溶性呈强碱性，降低了ASA乳液的水解稳定性。中国专利CN102493273A披露了一种利用聚合硫酸铝与锂皂石联合稳定ASA乳液的方法，利用该方法制备的ASA乳液具有良好的水解稳定性和施胶效果。但聚合硫酸铝需要现场合成，使 ASA乳液的现场制备技术颇为复杂。中国专利CN102493275A披露了一种利用尿素与锂皂石联合稳定ASA乳液的方法，利用该方法制备的ASA乳液具有良好的稳定性和水解稳定性，施胶性能也明显提高，但小分子尿素对锂皂石的改性效率较低，用量相对较高。中国专利CN102493276A披露了一种利用丙氨酸与锂皂石联合稳定ASA乳液的方法，利用该方法制备的ASA乳液稳定性好，小分子丙氨酸用量适中，但丙氨酸对锂皂石的改性效率仍然较低，乳液的施胶性能和水解稳定性还有待于进一步提高。
发明内容
为了克服目前采用改性锂皂石稳定ASA乳液施胶剂时存在的：对锂皂石的改性效率低、ASA乳液的水解稳定性差、乳化步骤复杂或ASA乳液或施胶效果差的问题，本发明提供了一种季铵盐改性锂皂石乳化剂。
本发明还提供了采用上述乳化剂乳化ASA的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种季铵盐改性锂皂石乳化剂，由独立存在的季铵盐和锂皂石组成；
季铵盐和锂皂石的质量比为1：50-500；
所述季铵盐的分子通式为(CnH2n+1)4NX，其中n为1、2、3或4，X为卤族元素。
上述季铵盐改性锂皂石乳化剂，其中的季铵盐和锂皂石分别包装。所述ASA为常温下以液态形式存在的未经乳化的各种用于造纸施胶的烯基琥珀酸酐工业产品。所述锂皂石又名锂皂土，是一种合成硅镁酸盐产品，理想结构式为Na0.7[(Si8Mg5.5Li0.3)O20(OH)4]，具有圆盘状颗粒结构，颗粒表面带有永久性负电荷，圆盘直径约为20~30 nm，厚度约为1 nm。
上述季铵盐改性锂皂石乳化剂，所述季铵盐(CnH2n+1)4NX中的X，优选为Br或Cl。
上述季铵盐改性锂皂石乳化剂，优先选用的季铵盐为：四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四丙基氯化铵、四丙基溴化铵、四丁基氯化铵或四丙基溴化铵。
上述季铵盐改性锂皂石乳化剂，季铵盐与锂皂石的质量比优选为：1:100-400。
一种采用上述乳化剂乳化ASA的方法，
将锂皂石分散于去离子水中，得锂皂石溶胶；
将季铵盐溶于去离子水中，得季铵盐溶液；
将锂皂石溶胶和季铵盐溶液混匀，得水相；
在剪切力作用下将ASA与水相混匀，得ASA施胶乳液；
其中，ASA与去离子水的质量比为1:1-10；锂皂石与ASA的质量比为1:20-200。
上述方法中，所用ASA优选为十六烯基琥珀酸酐和/或十八烯基琥珀酸酐。
上述方法中，ASA与去离子水的质量比优选为：1:2-8，更优选的为1:4。
上述方法中，锂皂石与ASA的质量比优选为1:30-100，更优选的为1:50。
在上述方法中，既可以是将水相加到ASA中，也可以是将ASA加到水相中；优选的是将水相加到ASA中。
在上述方法中，所述剪切力可由任何搅拌和剪切设备提供，优选的剪切搅拌速度控制在1000~10000转/分，搅拌时间2～10分钟。
有益效果
季铵盐改性锂皂石乳化剂，季铵盐对锂皂石的改性效率高，用远不到1%的季铵盐改性锂皂石就可大幅度提高锂皂石对ASA的亲和性，获得高稳定性的ASA乳液；在稳定ASA施胶乳液时的用量少、对ASA施胶乳液的乳化效果好；
采用季铵盐改性锂皂石乳化剂稳定的ASA施胶乳液：稳定性好，放置24小时不会产生颗粒聚集、沉淀或者析出水相，外观没有明显变化；
不容易水解：乳液放置3小时后，施胶性能变化不大；
施胶效率高：相对锂皂石单独稳定的ASA乳液，施胶效率有大幅度提高；
采用季铵盐改性锂皂石乳化剂稳定ASA施胶乳液的过程中，不需要添加任何表面活性剂、步骤简单、易操作。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明；除另有指明，实施例中的所述份数均以重量计。
实施例1
将1份锂皂石粉末在不断搅拌下逐渐分散至150份去离子水中，待其充分溶胀后，直接作为水相。取50份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于5000转/分的转速下搅拌乳化4分钟，制得水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为25%，乳液放置24小时后析出水相。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入0.4份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分转速下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速搅拌下加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟后，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为32s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为7s。
实施例2
将1份锂皂石粉末在不断搅拌下逐渐分散至150份去离子水中，待其充分溶胀后备用；将0.01份四甲基氯化铵在搅拌下溶解于50份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；取50份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于5000转/分的转速下搅拌乳化4分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分数约为25%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入0.4份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，混合均匀后，在1500转/分转速下搅拌1分钟，之后在750转/分搅拌下，加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为147 s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为128s。
实施例3
将1份锂皂石粉末在不断搅拌下逐渐分散至190份去离子水中，待其充分溶胀后备用；将0.02份四甲基溴化铵在搅拌下溶解在10份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取20份ASA（十八烯基琥珀酸酐）作为油相。将油相在搅拌下加入上述制备的水相中，利用高速乳化剪切设备于10000转/分的转速下搅拌乳化2分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为9%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入1.2份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，混合均匀后，在1500转/分转速下搅拌0.5分钟，之后在750转/分转速搅拌下，加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为53 s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为41s。
实施例4
将1份锂皂石粉末在不断搅拌下逐渐加到预热至60oC的99份去离子水中，分散均匀后，冷却至室温；将0.005份四乙基氯化铵在搅拌下溶解在1份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取100份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于7500转/分的转速下搅拌乳化3分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为50%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入0.2份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速下，加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为95s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为81s。
实施例5
将1.5份锂皂石粉末在不断搅拌下逐渐加到预热至60oC的95份去离子水中，分散均匀后，冷却至室温；将0.01份四乙基溴化铵在搅拌下溶解在5份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取50份ASA（十八烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于1000转/分的转速下搅拌乳化10分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为33%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为42oSR的杨木漂白热磨机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入1份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下搅拌1分钟，之后在750转/分搅拌下加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为131 s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为113s。
实施例6
将0.5份锂皂石粉末用少量水润湿后，在不断搅拌下逐渐加入去离子水，分散均匀后，用乳化剪切机在5000转/分下剪切分散5分钟，并用去离子水稀释到145份；将0.002份四丙基氯化铵在搅拌下溶解在5份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取100份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于2500转/分的转速下搅拌乳化7分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为40%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为42oSR的杨木漂白热磨机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入0.8份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速搅拌下加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为64s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为51s。
实施例7
将1份锂皂石粉末用少量水润湿后，在不断搅拌下逐渐加入去离子水，控制去离子水总量为150份，待其完全润胀后备用；将0.003份四丙基溴化铵在搅拌下溶解在1份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取30份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于4000转/分的转速下搅拌乳化5分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为20%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入0.5份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速下，加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为89s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为75s。
实施例8
将0.4份锂皂石粉末用少量水润湿后，在不断搅拌下逐渐加入去离子水，控制去离子水总量为180份，待其完全润胀后备用；将0.001份四丁基氯化铵在搅拌下溶解在5份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取25份ASA（十八烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于6000转/分的转速下搅拌乳化5分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为12%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入1份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速下，加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为113s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为97s。
实施例9
将0.5份锂皂石粉末用少量水润湿后，在不断搅拌下逐渐加入去离子水，分散均匀后，用乳化剪切机在5000转/分下剪切分散5分钟，并用去离子水稀释到145份；将0.001份四丁基溴化铵在搅拌下溶解在5份去离子水中，与上述锂皂石分散液混合均匀后作为水相；另取75份ASA（十六烯基琥珀酸酐）作为油相。将上述制备的水相在搅拌下加入油相中，利用高速乳化剪切设备于4000转/分的转速下搅拌乳化3分钟，制得稳定、均匀的水包油型ASA乳状液，乳状液中ASA的质量百分比约为33%，乳液放置24小时后外观没有变化。
取100份儿打浆度约为42oSR的杨木漂白热磨机械浆加入9900份水中，经纤维疏解机疏解后，加入1份Al2(SO4)2?18H2O，混合搅拌1分钟，加入1份儿上述制备的ASA乳液施胶剂，在750转/分钟的速度下搅拌2分钟，加入0.01份阳离子聚丙烯酰胺，与纸料混合均匀后，在1500转/分下继续搅拌1分钟，之后在750转/分转速搅拌下加入0.3份锂皂石，继续搅拌1分钟，利用快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60 g/m2的手抄片，并经105 oC干燥10min后，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度平均为72s。
乳液放置3小时后，重新取100份儿打浆度约为40oSR的杨木碱性过氧化氢机械浆加入9900份水中，在与上述同样的操作条件下施胶、抄纸手抄片，测得的施胶度为61s。
Claims (10)
1.一种季铵盐改性锂皂石乳化剂，其特征在于，由独立存在的季铵盐和锂皂石组成；
季铵盐和锂皂石的质量比为1：50-500；
所述季铵盐的分子通式为(CnH2n+1)4NX，其中n为1、2、3或4，X为卤族元素。
2.根据权利要求1所述的季铵盐改性锂皂石乳化剂，其特征在于，所述季铵盐(CnH2n+1)4NX中的X为Br或Cl。
3.根据权利要求1所述的季铵盐改性锂皂石乳化剂，其特征在于，所述季铵盐为：四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四丙基氯化铵、四丙基溴化铵、四丁基氯化铵或四丙基溴化铵。
4.根据权利要求1、2或3所述的季铵盐改性锂皂石乳化剂，其特征在于，季铵盐与锂皂石的质量比为：1:100-400。
5.一种采用权利要1～4中的任意一种乳化剂乳化ASA的方法，其特征在于，
将锂皂石分散于去离子水中，得锂皂石溶胶；
将季铵盐溶于去离子水中，得季铵盐溶液；
将锂皂石溶胶和季铵盐溶液混匀，得水相；
在剪切力作用下将ASA与水相混匀，得ASA施胶乳液；
其中，ASA与去离子水的质量比为1:1-10；锂皂石与ASA的质量比为1:20-200。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所用ASA为十六烯基琥珀酸酐和/或十八烯基琥珀酸酐。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，ASA与去离子水的质量比选为：1:2-8。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，锂皂石与ASA的质量比为1:30-100。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的方法，其特征在于，将水相加到ASA中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述剪切力搅拌速度控制在1000~10000转/分，搅拌时间2～10分钟。
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