CN104059194A - 一种速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，包括以下步骤：按重量百分比将丙烯酰胺丙烯酸钠溶液、促溶剂、去离子水充分混合搅拌至全溶解均匀后，调节酸值后，加入助溶剂，再次调节酸值，充分搅拌后得到透明或半透明的均聚溶液；将均聚溶液循环冷却后泵入聚合釜中，加入偶氮二异丁腈，通入高纯氮气后，依次加入链转移剂、络合剂、还原剂、氧化剂、辅助还原剂，继续通入高纯氮气至反应后停止，再保温、老化反应得到透明有弹性的聚丙烯酰胺胶块。取出聚丙烯酰胺胶块，对其进行切割、造粒、干燥、粉碎、筛分，得到造纸分散剂型聚丙烯酰胺。由本发明获得的聚丙烯酰胺，具有高分子量、高粘度及低残单的特性，有着出色的溶解性和速溶性。

Description

一种速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法

技术领域

本发明涉及一种速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，属水溶性高分子合成领域。

背景技术

聚丙烯酰胺为线性高分子聚合物，具有溶解性好、分子量较高，是在造纸行业中被用来减少纤维絮聚、改进纸料成型的常用添加剂。应用过程中由于粘度是影响纤维分散的主要因素，因此高分子量可使溶液具有较高粘度有助于纤维悬浮。同时要具备溶解速度快、溶解性好的产品。但高分子量与溶解性好及速溶是相互矛盾的对立的条件，不容易同时满足。目前，造纸分散剂用聚丙烯酰胺的制备方法一般为复合氧化还原体系引发聚合工艺，一般采用适当降低分子量的方式，减少聚合过程中产生的交联来保证速溶、溶解性好的指标。这种产品保证了生产过程中聚丙烯酰胺速溶及溶解性好，但降低了纸浆的分散性，牺牲了纸张的延展性和韧性。另一类造纸分散剂为乳液类聚丙烯酰胺，其缺点也明显：乳液类聚丙烯酰胺一般有效含量为15-30%，另运输和储存成本较高，生产纸张单耗较高，影响纸张的市场竞争力。本发明解决了高分子量与速溶、溶解性好相互矛盾这一难题，生产出合格的高分子量、速溶、溶解性好的产品。另一方面替代了乳液类聚丙烯酰胺产品，使其造纸厂产品具有价格优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，由该方法制备的产品分散均匀，质量稳定，分子量高，溶解速度快。

为实现上述目的，本发明提供的非离子聚丙烯酰胺的制备方法包括以下步骤：

（1）、按重量百分比将丙烯酰胺16.5-17.5%、pH值为6.5、浓度为38-40%的丙烯酸钠溶液24.0-26.5%、促溶剂0.2-0.5%、去离子水35-40%充分混合搅拌至全溶解均匀后，用碱将pH值调整至7.3-7.8，加入助溶剂0.4-0.8%，再次用碱将pH值调整至7.3-7.8充分搅拌后得到透明或半透明的均聚溶液；

（2）、将均聚溶液循环冷却至8-9℃后泵入聚合釜中，加入与均聚溶液质量比为260-500ppm的偶氮二异丁腈，通入高纯氮气30min后，依次加入分别由链转移剂、络合剂、还原剂、氧化剂、辅助还原剂配制成的浓度均为5%的溶液，链转移剂、络合剂、还原剂、氧化剂、辅助还原剂与均聚溶液的质量比分别为7-12ppm、12-19ppm、5.5-10ppm、12-26ppm、0.5-1.1ppm，每两种溶液的加入间隔为10分钟，在各溶液加入的过程中保持通入高纯氮气，各溶液全部加入后，继续通入高纯氮气5min后停止，控制聚合温度为10-14℃，聚合反应2-4小时后，再保温80-85℃，老化反应2-6小时，得到透明有弹性的聚丙烯酰胺胶块；

（3）、取出聚丙烯酰胺胶块，对其进行切割、造粒、干燥、粉碎、筛分，得到造纸分散剂型聚丙烯酰胺。

上述方案中，丙烯酸钠溶液的配制条件为：⑴、丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1.8:1；⑵、将氢氧化钠配制成30%的溶液缓慢加入到丙烯酸中；⑶、配制过程中温度控制范围为10℃-30℃，终点pH值为6.5。

上述方案中，助溶剂为促溶剂为尿素或硫脲或二甲基酰胺。

上述方案中，助溶剂为苯甲酸钠或山梨酸钾，助溶剂加入过程中控制pH值≥7.3。

上述方案中，链转移剂为十二烷基硫醇或2-硫基苯并咪唑或异丙醇，络合剂为乙二胺四乙酸二钠或葡萄糖酸钠或海藻酸钠，还原剂为亚硫酸钠，氧化剂为过氧化氢，辅助还原剂为硫酸亚铁。

上述方案中，调pH值的酸选用乙酸或草酸或磷酸，pH值的最佳值是7.3-7.8。

在上述方案中，在对聚丙烯酰胺胶块造粒的过程中，均匀加入质量浓度为5%的亚硫酸钾溶液，亚硫酸钾溶液中所含亚硫酸钾与聚丙烯酰胺胶块的重量比为0.015-0.03:100。在造粒过程中加入还原剂亚硫酸钾，可使其在干燥过程中降低残单含量。

上述方案中，干燥过程中采用三段鼓风型振功流化床设备，一段鼓风温度90-105℃、二段鼓风温度100℃-110℃、三段鼓风温度70-85℃。

本发明采用均聚合制备非离子聚丙烯酰胺工艺的特点是：

（1）在pH值为7.3-7.8之间引发聚合，助溶剂会抑制支链的产生，使丙烯酰胺聚合物呈现良好的线性关系，可得到溶解速度快、透网率高、粘度高的聚丙烯酰胺产品。

（2）工艺简便，因可与正常前水解工艺共线生产，设备投资和生产成本低，产品的水解度均匀。

（3）偶氮--氧化还原引发体系可在低温下引发聚合，过程平稳缓慢，所获速溶型造纸聚丙烯酰胺具有以下特性：分子量分布窄，分子量高达1800 ～2100万，表观粘度≥1500mpa.s，过滤比≤1.0，筛网系数≥30，水部溶物＜0.05%，残单≤0.05%；与现有普通型造纸用聚丙烯酰胺相比，具有高分子量、高粘度、低残单、出色的溶解性和速溶性。

由本发明获得的速溶型造纸聚丙烯酰胺可广泛应用于餐巾纸、面巾纸、高档卫生纸及工业滤纸等领域。

具体实施方式

以下结合几个实施例进一步说明本发明。

实施例1：

（1）在13m³体积的配料罐中配出体积为11 m³的溶液，其中含丙烯酰胺1.82T、pH值为6.5、浓度为39%的丙烯酸钠溶液 2.8T、硫脲50kg，其余为去离子水，将上述原料充分混合、机械搅拌至溶液澄清，用碳酸钠将pH值调整至7.4，再加入苯甲酸钠80kg，机械搅拌至溶液澄清，将pH值调整至7.5。得到无固体不溶物均聚溶液。

（2）将所获均聚液循环冷却至8.5℃后，泵入聚合釜中，均匀加入4.4kg偶氮二异丁腈，并通入高纯氮气30min，依次加入浓度均为5%以下各溶液：异丙醇溶液，异丙醇含量0.12kg，乙二胺四乙酸盐溶液，乙二胺四乙酸盐含量0.19kg，亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠含量0.08kg，过氧化氢溶液，过氧化氢含量0.26kg，硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁含量0.009kg，以上每两种溶液加入间隔为10分钟，加入过程中保持通入氮气，全部加入后继续通入高纯氮气5min后停止充氮，在10℃下，引发聚合，反应3.8h，在85℃下，再保温老化反应7h，得到透明有弹性的胶块。

（3）取出胶块，切割、造粒，在造粒过程中均匀加入浓度为5%的亚硫酸钾溶液，亚硫酸钾溶液中亚硫酸钾的含量与聚丙烯酰胺胶块的质量比为0.011:100，造粒完成后，干燥、粉碎、筛分，得到20～80目，分子量1850万，固含量90.1%，水解度26.3%，溶解速度30～40min，表观粘度1800mpa.s，过滤比≤1.0，残留单体450ppm的白色粉末状速溶型造纸聚丙烯酰胺。

实施例2：

（1）在13m³体积的配料罐中配出体积为11 m³的溶液，其中含丙烯酰胺1.86T、pH值为6.5、浓度为39%的丙烯酸钠溶液 2.71T、硫脲50kg，其余为去离子水，将上述原料充分混合、机械搅拌至溶液澄清，用碳酸钠将pH值调整至7.3，再加入苯甲酸钠85kg，机械搅拌至溶液澄清，将pH值调整至7.4。得到无固体不溶物均聚溶液。

（2）将所获均聚液循环冷却至8.5℃后，泵入聚合釜中，均匀加入4.3kg偶氮二异丁腈，并通入高纯氮气30min，依次加入浓度均为5%以下各溶液：异丙醇溶液，异丙醇含量0.13kg，乙二胺四乙酸盐溶液，乙二胺四乙酸盐含量0.18kg，亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠含量0.08kg，过氧化氢溶液，过氧化氢含量0.25kg，硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁含量0.010kg，以上每两种溶液加入间隔为10分钟，加入过程中保持通入氮气，全部加入后继续通入高纯氮气5min后停止充氮，在9.8℃下，引发聚合，反应3.6h，在85℃下，再保温老化反应7h，得到透明有弹性的胶块。

（3）取出胶块，切割、造粒，在造粒过程中均匀加入浓度为5%的亚硫酸钾溶液，亚硫酸钾溶液中亚硫酸钾的含量与聚丙烯酰胺胶块的质量比为0.012:100，造粒完成后，干燥、粉碎、筛分，得到20～80目，分子量1970万，固含量90.3%，水解度25.1%，溶解速度30～40min，表观粘度1910mpa.s，过滤比≤1.0，残留单体412ppm的白色粉末状速溶型造纸聚丙烯酰胺。

实施例3：

（1）在13m³体积的配料罐中配出体积为11 m³的溶液，其中含丙烯酰胺1.89T、pH值为6.5、浓度为39%的丙烯酸钠溶液 2.9T、硫脲50kg，其余为去离子水，将上述原料充分混合、机械搅拌至溶液澄清，用碳酸钠将pH值调整至7.3，再加入山梨酸钾70kg，机械搅拌至溶液澄清，将pH值调整至7.6。得到无固体不溶物均聚溶液。

（2）将所获均聚液循环冷却至8.5℃后，泵入聚合釜中，均匀加入4.4kg偶氮二异丁腈，并通入高纯氮气30min，依次加入浓度均为5%以下各溶液：异丙醇溶液，异丙醇含量0.12kg，乙二胺四乙酸盐溶液，乙二胺四乙酸盐含量0.19kg，亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠含量0.08kg，过氧化氢溶液，过氧化氢含量0.26kg，硫酸亚铁溶液，硫酸亚铁含量0.009kg，以上每两种溶液加入间隔为10分钟，加入过程中保持通入氮气，全部加入后继续通入高纯氮气5min后停止充氮，在9.5℃下，引发聚合，反应4.1h，在85℃下，再保温老化反应6h，得到透明有弹性的胶块。

（3）取出胶块，切割、造粒，在造粒过程中均匀加入浓度为5%的亚硫酸钾溶液，亚硫酸钾溶液中亚硫酸钾的含量与聚丙烯酰胺胶块的质量比为0.011:100，造粒完成后，干燥、粉碎、筛分，得到20～80目，分子量1870万，固含量90.6%，水解度25.7%，溶解速度30～40min，表观粘度1670mpa.s，过滤比≤1.0，残留单体409ppm的白色粉末状速溶型造纸聚丙烯酰胺。

实施例4：

用以上实施例得到的产品同等用量下应用于三鑫造纸厂生产纸巾纸对比结果如下表：

由表中数据对比出：本专利生产的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺在同等条件下由于普通聚丙烯酰胺，与乳液型聚丙烯酰胺相当。但价格要低于乳液型聚丙烯酰胺，性价比有一定优势。且颗粒状固体利于运输和储存，优于乳液聚丙烯酰胺产品。

Claims (8)

1.一种速溶型造纸分散剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、按重量百分比将丙烯酰胺16.5-17.5%，pH值为6.5、浓度为38-40%的丙烯酸钠溶液24.0-26.5%、促溶剂0.2-0.5%、去离子水35-40%充分混合搅拌至全溶解均匀后，用碱将pH值调整至7.3-7.8，加入助溶剂0.4-0.8%，再次用碱将pH值调整至7.3-7.8充分搅拌后得到透明或半透明的均聚溶液；

（2）、将均聚溶液循环冷却至8-9℃后泵入聚合釜中，加入与均聚溶液质量比为260-500ppm的偶氮二异丁腈，通入高纯氮气30min后，依次加入分别由链转移剂、络合剂、还原剂、氧化剂、辅助还原剂配制成的浓度均为5%的溶液，链转移剂、络合剂、还原剂、氧化剂、辅助还原剂与均聚溶液的质量比分别为7-12ppm、12-19ppm、5.5-10ppm、12-26ppm、0.5-1.1ppm，每两种溶液的加入间隔为10分钟，在各溶液加入的过程中保持通入高纯氮气，各溶液全部加入后，继续通入高纯氮气5min后停止，控制聚合温度为10-14℃，聚合反应2-4小时后，再保温80-85℃，老化反应2-6小时，得到透明有弹性的聚丙烯酰胺胶块；

（3）、取出聚丙烯酰胺胶块，对其进行切割、造粒、干燥、粉碎、筛分，得到造纸分散剂型聚丙烯酰胺。

2.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于，丙烯酸钠溶液的配制条件为：⑴、丙烯酸与氢氧化钠的质量比为1.8:1；⑵、将氢氧化钠配制成30%的溶液缓慢加入到丙烯酸中；⑶、配制过程中温度控制范围为10℃-30℃，终点pH值为6.5。

3.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：促溶剂为尿素或硫脲或二甲基酰胺。

4.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：助溶剂为苯甲酸钠或山梨酸钾，助溶剂加入过程中控制pH值≥7.3。

5.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：链转移剂为十二烷基硫醇或2-硫基苯并咪唑或异丙醇，络合剂为乙二胺四乙酸二钠或葡萄糖酸钠或海藻酸钠，还原剂为亚硫酸钠，氧化剂为过氧化氢，辅助还原剂为硫酸亚铁。

6.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：调pH值的酸选用乙酸或草酸或磷酸，pH值的最佳值是7.3-7.8。

7.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：在对聚丙烯酰胺胶块造粒的过程中，均匀加入质量浓度为5%的亚硫酸钾溶液，亚硫酸钾溶液中所含亚硫酸钾与聚丙烯酰胺胶块的重量比为0.02-0.04:100。

8.根据权利要求1所述的速溶型造纸分散剂聚丙烯酰胺的制备方法，其特征在于：干燥过程中采用三段鼓风型振功流化床设备，一段鼓风温度90-105℃、二段鼓风温度100℃-110℃、三段鼓风温度70-85℃。