CN103897107B - 一种纸张挺度剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纸张挺度剂的制备方法，（1）以摩尔百分比计，取75～98%的丙烯酰胺单体，0.5～15%的水溶性阳离子单体，1～15%的非离子单体和0.05～5%的螯合剂，搅拌条件下加入水中，配制成混合水溶液；？(2)调节水溶液pH？5.0～7.0，通氮气保护下，加入前期引发剂，升温至40～70℃，进行聚合反应30～90min？；（3）步骤（2）的产物中加入后期引发剂，然后滴加交联剂，50～70℃保持30～60min后加入终止剂，停止聚合反应。本发明所述的纸张挺度剂，其特征在于聚合过程稳定可控，产品交联程度高，结合点多，流动性好，有利于消除高电导条件下白水中离子垃圾的干扰并捕捉细小纤维。

Description

一种纸张挺度剂的制备方法
技术领域
本发明属于造纸助剂技术领域，具体涉及一种纸张挺度剂的制备方法。。
背景技术
近年来，包装用纸和文化用纸需求量大增，且向着低定量、高强度的方向发展。同时，国内纤维原料主要是废纸，但由于废纸的多次利用，纤维性质衰变，机械强度较低，成纸强度较差，仅靠物理方法和工艺控制，纸张的挺度或环压强度很难提高，这成为我国纸张发展的重大技术障碍。目前生活用纸生产和消费持续得到突飞猛进的发展。由于原材料的短缺和环保要求，生活用纸生产过程中也部分使用二次纤维；同时随着生活用纸低定量化发展，在一定程度上影响纸张的抄造及纸张的质量，主要表现为纸张的挺度或抗张强度下降，易断纸等。因此，纸张的挺度问题已经成了众多纸厂关心的问题，提高纸张的挺度具有很重要的意义。
不少纸厂尝试通过物理方法和工艺控制来提高纸张的质量指标，虽然取得了一定的效果，但是仍然没有达到质量要求。技术人员把更大的精力投入到湿部化学品的应用上，从优选合适的造纸挺度剂着手解决纸张的质量问题。挺度剂，在湿部可以通过浆内添加的方法来提高纸张的挺度。目前市场上常用的纸张挺度剂虽然对废纸原料浆的适应性有了一定程度的改善，但对于杂离子干扰程度更大的一些短纤维废纸浆料系统，其纸张挺度或环压强度效果仍不够充分，并较难达到预期要求。
发明内容
根据造纸湿部化学和电荷的特性,阳离子挺度剂获得了广泛的应用,并一直在湿部添加剂中占主导地位。根据我国造纸工业和相关造纸助剂研究的发展现状及存在的问题,本发明的首要目的是在于克服现有技术的缺点，用新的方法制备出一种新型结构的改性阳离子聚丙烯酰胺类挺度剂,提高纸张的挺度或环压强度性能。
本发明所述的纸张挺度剂，其特征在于聚合过程稳定可控，产品交联程度高，结合点多，流动性好。本挺度剂用于造纸，将其加入到浆料中，有利于消除高电导条件下白水中离子垃圾的干扰并捕捉细小纤维，能提高纸张的挺度和表面强度，减少掉毛掉粉，提高纸张的质量和档次。
为达到上述目的，本发明提供的纸张挺度剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）以摩尔百分比计，取75～98%的丙烯酰胺单体，0.5～15%的水溶性阳离子单体，1～15%的非离子单体和0.05～5%的螯合剂，搅拌条件下加入占单体总质量2～10倍的水中，配制成混合水溶液；
(2)调节步骤（1）所得水溶液的pH为5.0～7.0，通氮气保护下，加入占单体总质量0.005～5%的前期引发剂，升温至40～70℃，进行聚合反应30～90min,得到阳离子聚丙烯酰胺中间体；
（3在步骤（2）的阳离子聚丙烯酰胺中间体中，加入占单体总质量0.005～3%的后期引发剂，然后滴加占丙烯酰胺单体质量0.1～20%的交联剂，进行接枝共聚合反应，50～70℃保持30～60min后加入终止剂，停止聚合反应即得到阳离子聚丙烯酰胺水溶液。
步骤（1）所述的水溶性阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、二乙基二甲代烯丙基氯化铵、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵，丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵中的一种或两种以上的混合物。
步骤（1）中所述的非离子单体为尿素、硫脲、亚乙基脲、丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯的一种或两种。
在阴离子单体化合物的存在下，通过进行本发明的聚合，可以使反应过程易控制，合成粘度稳定、纸张增强效果更为优异的丙烯酰胺系聚合物。
步骤（1）中所述的螯合剂为乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸中的一种或两种。
聚合过程中加入螯合剂，可以通过螯合剂分子与金属离子的强结合作用，对金属离子有极强的扑捉能力和分散效果，有利于共聚合反应的顺利进行。同时螯合剂会与浆料中的离子垃圾形成配位化合物，增强挺度助剂的抗干扰能力。而且螯合剂会避免金属离子与纸浆中的酚基团反应形成深颜色的复合物，保护纤维。
步骤（2）中所述的前期引发剂为过硫酸盐与亚硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸氢盐的氧化还原引发剂。
步骤（3）中所述的前期引发剂为高温偶氮类引发剂。
本发明制备方法在聚合前、后期分步加入引发剂体系，实现了对聚合过程的平稳控制，提高了后期共聚率，降低了单体残留，获得阳离子在高聚物分子结构中分布均匀、共聚完全的高聚物。
步骤（3）中所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸缩水甘油酯、己二酸二乙烯酯，葵二酸二乙烯酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，乙二醇二丙烯酸酯，丙二醇二丙烯酸酯的一种或两种。
交联剂在反应的过程中起到桥梁的作用,部分阳离子聚丙烯酰胺被交联剂接枝共聚连接在一起形成网状结构，增加聚合物的分子量和结合点，增强其聚合物的抗剪切性能，其对纸张的增挺或增强效果好。
本发明的优点是：
（1）本发明的聚合过程中加入配位于金属离子的螯合剂，对金属离子有极强的扑捉能力和分散效果，使共聚合反应的顺利进行，不利于发生链转移反应。同时螯合剂会与浆料中的离子垃圾形成配位化合物，保护纤维，增强挺度助剂的抗干扰能力。
（2）本发明在聚合反应的第二步反应过程中加入交联剂，部分阳离子聚丙烯酰胺被交联剂接枝共聚连接在一起形成网状结构，增加聚合物的分子量和结合点，增强其聚合物的抗剪切性能，其对纸张的增挺或增强效果好。
具体实施方式
通过实施例进一步阐述本发明的内容，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例，并不是对本发明的限定。
实施例1
在四口烧瓶中，加入蒸馏水280.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺39.05g(0.55mol)，二甲基二烯丙基氯化铵8.1g（0.05mol），丙烯腈2.0g(0.04mol)和柠檬酸0.58g（0.003mol），调节水溶液pH值6.0，接着通氮气10min，然后加入质量浓度为10%过硫酸钾水溶液0.35g和质量浓度10%亚硫酸氢钠水溶液0.20g，之后将反应温度升至60℃，进行聚合反应60min,制得阳离子聚丙烯酰胺中间体。
在上述阳离子聚丙烯酰胺中加入质量浓度10%的2,2-偶氮-双（2-脒基丙烷）盐酸盐0.5g，然后滴加己二酸二乙烯酯9.9g（0.05mol），进行接枝共聚合反应，60℃保持40min后加入亚硫酸钠,得到旋转粘度(25℃)7800mPa.s，固含量15.5%的共聚物水溶液。
实施例2
在四口烧瓶中，加入蒸馏水280.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺39.05g(0.55mol)，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵10.35g（0.05mol），丙烯腈2.5g(0.05mol)和乙二胺四乙酸0.88g（0.003mol），调节水溶液pH值5.5，接着通氮气10min，然后加入质量浓度为10%过硫酸钾水溶液0.35g和质量浓度10%亚硫酸氢钠水溶液0.20g，之后将反应温度升至55℃，进行聚合反应80min后,制得阳离子聚丙烯酰胺中间体。
在上述阳离子聚丙烯酰胺中加入质量浓度10%的2,2-偶氮-双（2-脒基丙烷）盐酸盐0.6g，然后滴加乙二醇二甲基丙烯酸酯9.91g（0.05mol），进行接枝共聚合反应，60℃保持50min后加入亚硫酸钠,得到旋转粘度(25℃)8000mPa.s，固含量15.0%的共聚物水溶液。
实施例3
在四口烧瓶中，加入蒸馏水280.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺39.05g(0.55mol)，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯9.42g（0.06mol），甲基丙烯酸甲酯4.0g(0.04mol)和柠檬酸0.96g（0.005mol），调节水溶液pH值5.5，接着通氮气10min，然后加入质量浓度为10%过硫酸钾水溶液0.40g和质量浓度10%亚硫酸氢钠水溶液0.20g，之后将反应温度升至50℃，进行聚合反应80min,制得阳离子聚丙烯酰胺中间体。
在上述阳离子聚丙烯酰胺中加入质量浓度10%的偶氮双脒基丙烷二盐酸盐0.7g，然后滴加N-羟甲基丙烯酰胺3.03g（0.03mol），进行接枝共聚合反应，60℃保持50min后加入亚硫酸钠,得到旋转粘度(25℃)7500mPa.s，固含量15.2%的共聚物水溶液。
实施例4
在四口烧瓶中，加入蒸馏水280.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺39.05g(0.55mol)，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵11.6g（0.06mol），甲基丙烯酸甲酯5.0g(0.05mol)和乙二胺四乙酸1.46g（0.005mol），调节水溶液pH值6.5，接着通氮气10min，然后加入质量浓度为10%过硫酸钾水溶液0.40g和质量浓度10%亚硫酸氢钠水溶液0.20g，之后将反应温度升至60℃，进行聚合反应70min,85℃保持60min,制得阳离子聚丙烯酰胺中间体。
在上述阳离子聚丙烯酰胺中加入质量浓度10%的偶氮双脒基丙烷二盐酸盐0.7g，然后滴加己二酸二乙烯酯9.9g（0.05mol），进行接枝共聚合反应，65℃保持40min后加入亚硫酸钠,得到旋转粘度(25℃)8500mPa.s，固含量15.4%的共聚物水溶液。

Claims (6)

1.一种纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤步骤：
（1）以摩尔百分比计，取75～98%的丙烯酰胺单体，0.5～15%的水溶性阳离子单体，1～15%的非离子单体和0.05～5%的螯合剂，搅拌条件下加入占单体总质量2～10倍的水中，配制成混合水溶液；
(2)调节步骤（1）所得水溶液的pH为5.0～7.0，通氮气保护下，加入占单体总质量0.005～5%的前期引发剂，升温至40～70℃，进行聚合反应30～90min,得到阳离子聚丙烯酰胺中间体；
(3)在步骤（2）的阳离子聚丙烯酰胺中间体中，加入占单体总质量0.005～3%的后期引发剂，然后滴加占丙烯酰胺单体质量0.1～20%的交联剂，进行接枝共聚合反应，50～70℃保持30～60min后加入终止剂，停止聚合反应即得到阳离子聚丙烯酰胺水溶液；步骤(1)中所述的非离子单体为尿素、硫脲、亚乙基脲、丙烯腈、苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的水溶性阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二乙氨基乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、二乙基二甲代烯丙基氯化铵、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵，丙烯酰氧乙基二甲基氯化铵中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的螯合剂为乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的前期引发剂为过硫酸盐与亚硫酸盐或过硫酸盐与亚硫酸氢盐的氧化还原引发剂。
5.根据权利要求1所述的纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的后期引发剂为高温偶氮类引发剂。
6.根据权利要求1所述的纸张挺度剂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸缩水甘油酯、己二酸二乙烯酯，癸二酸二乙烯酯，乙二醇二甲基丙烯酸酯，乙二醇二丙烯酸酯，丙二醇二丙烯酸酯的一种或两种。
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