CN104499363A - Akd乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AKD乳液及其制备方法。本发明AKD乳液的制备方法没有淀粉糊化的过程，乳化工艺中的AKD蜡和其他原料同时加入，操作简单，耗时明显缩短。该制备方法减少了设备和人力的投入，同时也减少了原料的库存。而且制备得到的乳化产品能够即产即用，纸张下机熟化率高，极大降低了AKD的水解程度，保证了施胶效果，经济效益明显。

Description

AKD乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及一种AKD乳液及其制备方法。

背景技术

在造纸工业中，一般通过加入施胶剂来增加纸张的抗水和抗渗透性能。目前，浆内施胶最常用的施胶剂是AKD(烷基烯酮二聚物)乳液和ASA(烯基琥珀酸酐)乳液。但由于ASA极容易水解，储存稳定性差，效果不稳定，导致其应用受到限制，而AKD水解速度不如ASA明显，施胶效率高，成本相对降低，这些优点促进了它的广泛使用。同时，AKD乳液既可以在浆内施胶，也被用于表面施胶。AKD在常温下为蜡状固体，不溶于水，它是一种不饱和内酯，在中/碱性条件下通过与纤维素纤维上的羟基反应，固着到纤维上，引起AKD分子中的疏水基朝外定向，使纸面的表面能降低，从而赋予纸张抗水性。AKD乳液作为中碱性施胶剂具有许多优点，如只需少量硫酸铝；适用范围很广，施胶效率高，用量少；是一种反应型施胶剂，能够与纤维牢固结合，明显改善纸张性能等，但AKD乳液也存在易水解、稳定性差、熟化期长等不足。

AKD乳液的制备工艺一般是先将AKD蜡加热融化，然后加入分散剂、稳定剂和经阳离子化处理且糊化后的淀粉乳化剂等原料，经预混合后进入均质机，均质结束后冷却装罐即得AKD乳液。该工艺较为繁琐，需要对淀粉乳化剂进行预处理，生产周期长，下机熟化率低。因此，有必要对现有AKD乳液的生产工艺进行改进，简化工序，减少投入，缩短制备时间和熟化时间，以适应造纸企业生产的需要。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种快速乳化制备AKD乳液的方法。

具体的技术方案如下：

一种AKD乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)将AKD蜡、阳离子淀粉和分散剂加入到60-90℃的热水中，保温搅拌5-40min；所述阳离子淀粉的添加量为AKD蜡质量的0.05-1倍，所述分散剂的添加量为AKD蜡质量的0.005-0.1倍，所述热水的用量为AKD蜡质量1-9倍；

(2)采用高压均质机将步骤(1)得到混合液均质1-3次；

(3)在步骤(2)均质后的混合液中加入稳定剂、熟化剂和水；所述稳定剂的用量为AKD蜡质量的0.005-0.1倍；所述熟化剂的用量为AKD蜡质量的0.005-0.2倍；所述水为常温水，用量为AKD蜡质量的1-9倍；

(4)将步骤(3)得到的混合液冷却过滤后即得所述AKD乳液。

在其中一个实施例中，所述阳离子淀粉的制备方法包括如下步骤：

A、将淀粉置于反应容器中，加入催化剂和醚化剂，搅拌并升温至50～75℃，反应0.5～2h；所述催化剂的用量是淀粉质量的0.01～0.06倍，所述醚化剂的用量是淀粉质量的0.1～0.2倍；

B、加入氧化剂反应20-60min，所述氧化剂的用量是淀粉质量的0.001-0.06倍；

C、向步骤B的反应产物中喷洒酸，调节反应体系的pH至4～7；

D、真空干燥，温度为50～70℃，真空度为0.07～0.1MPa，即得所述阳离子淀粉。

在其中一个实施例中，所述阳离子淀粉在25℃下20％水溶液的粘度为40-150mPa.s。

在其中一个实施例中，所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、蜡质玉米淀粉及马铃薯淀粉中的一种或几种。

在其中一个实施例中，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、浓度为28-35wt％的氢氧化钠溶液、浓度为28-35wt％的氢氧化钾溶液、浓度为28-35wt％的氢氧化钙溶液中的一种或几种；所述醚化剂为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的一种或两种；所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化氢中的一种或几种；所述酸为盐酸、醋酸、硝酸或柠檬酸中的一种或几种。

在其中一个实施例中，步骤(2)中均质压力为25-40MPa。

在其中一个实施例中，所述AKD蜡的熔点为45-53℃。

在其中一个实施例中，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、木质素磺酸钠、十六烷基三乙基氯化铵、亚甲基二萘磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述稳定剂为羧甲基淀粉、聚乙烯亚胺、壳聚糖、氧氯化锆和稳氯中的一种或多种；所述熟化剂为聚胺、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的一种或多种。

本发明的另一目的是提供一种AKD乳液。

具体的技术方案如下：

上述制备方法制备得到的AKD乳液。

本发明的原理和优点如下：

本发明采用特定工艺制备的阳离子淀粉对AKD蜡进行乳化，使得AKD蜡的乳化过程得以精简。本发明所采用的阳离子淀粉是通过干法制备，尤其是经过氧化处理后，阳离子淀粉的杂质含量降低，反应体系中的醚化剂和淀粉作用产生的聚合间体的数量降低，乳化性能增强，20％水溶液粘度大幅下降，由一般工艺生产的600-1200mPa.s下降到150mPa.s以下，作为乳化剂应用于AKD乳液时，可实现快速乳化，同时可增强乳液的稳定性。

本发明AKD乳液的制备方法在保证AKD乳液良好的抗水性能前提下，精简制备工序，没有淀粉糊化的过程，减少了设备和人力的投入，同时也减少了原料的库存。而且乳化工艺中的AKD蜡和其他原料同时加入，操作简单，耗时明显缩短。制备得到的乳化产品能够即产即用，纸张下机熟化率高，极大降低了AKD的水解程度，保证了施胶效果，经济效益明显。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1：

本实施例一种AKD乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应釜中放入热水400份，温度保持在75℃，开启搅拌，向反应釜中同时投入AKD蜡粉110份，阳离子淀粉11份，分散剂2份，搅拌15min后，放出乳液；

(2)打入均质机进行均质，过2遍；均质压力为30MPa；

(3)然后将乳液通入470份冷冻水中，并加入稳定剂2份，熟化剂5份；

(4)继续搅拌至乳液冷却至室温，过滤即得所述AKD乳液。

所述阳离子淀粉的制备方法包括如下步骤：

A、将木薯淀粉置于反应容器中，加入催化剂(氢氧化钠)和醚化剂(2,3-环氧丙基三甲基氯化铵)，搅拌并升温至60℃，反应1h；所述催化剂的用量是淀粉质量的0.03倍，所述醚化剂的用量是淀粉质量的0.1倍；

B、加入氧化剂(过硫酸铵)反应20min，所述氧化剂的用量是淀粉质量的0.04倍；

C、向步骤B的反应产物中喷洒盐酸，调节反应体系的pH至4～7；

D、真空干燥，温度为60℃，真空度为0.09MPa，即得所述阳离子淀粉。

上述制备得到的阳离子淀粉含水量为5-15％，阳离子取代度为0.15，25℃下20％水溶液的粘度为100mPa.s。

所得AKD乳液固含量约为13％，乳液粒径为3～5um，乳液在3000r/min离心l0min无变化，无析出，无破乳现象。

实施例2：

本实施例一种AKD乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应釜中放入热水500份，温度保持在80℃，开启搅拌，向反应釜中同时投入AKD蜡粉100份，阳离子淀粉30份，分散剂4份，搅拌15min后，放出乳液；

(2)打入均质机进行均质，过2遍；均质压力为35MPa；

(3)然后将乳液通入350份冷冻水中，并加入稳定剂6份，熟化剂10份；

(4)继续搅拌至乳液冷却至室温，过滤即得所述AKD乳液。

本实施例所使用的阳离子淀粉与实施例1的制备方法一样。

所得AKD乳液固含量约为15％，乳液粒径为2～3um，乳液在3000r/min离心l0min无变化，无析出，无破乳现象。

实施例3：

本实施例一种AKD乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应釜中放入热水280份，温度保持在85℃，开启搅拌，向反应釜中同时投入AKD蜡粉130份，阳离子淀粉28份，分散剂2份，搅拌15min后，放出乳液；

(2)打入均质机进行均质，过2遍；均质压力为40MPa；

(3)然后将乳液通入540份冷冻水中，并加入稳定剂2份，熟化剂18份；

(4)继续搅拌至乳液冷却至室温，过滤即得所述AKD乳液。

本实施例所使用的阳离子淀粉与实施例1的制备方法一样。

所得乳液固含量约为18％，乳液粒径为2～4um，乳液在3000r/min离心l0min无变化，无析出，无破乳现象。

实施例4：

本实施例一种AKD乳液的制备方法，包括如下步骤：

(1)向反应釜中放入热水680份，温度保持在80℃，开启搅拌，向反应釜中同时投入AKD蜡粉130份，阳离子淀粉55份，分散剂5份，搅拌15min后，放出乳液；

(2)打入均质机进行均质，过2遍；均质压力为25MPa；

(3)然后将乳液通入120份冷冻水中，并加入稳定剂4份，熟化剂6份；

(4)继续搅拌至乳液冷却至室温，过滤即得所述AKD乳液。

本实施例所使用的阳离子淀粉与实施例1的制备方法一样。

所得乳液固含量约为20％，乳液粒径为1～3um，乳液在3000r/min离心l0min无变化，无析出，无破乳现象。

对比例1

一般AKD乳液的制备方法包括如下步骤：

(1)向反应釜1中投入AKD蜡粉110份，加热至75℃，持续搅拌5-10min至完全溶解；

(2)向反应釜2中放入热水400份，温度保持在90℃，开启搅拌，向反应釜2中投入阳离子淀粉25份和分散剂4份，搅拌15min至完全溶解；

(3)将反应容器1中的AKD熔融液加入到反应釜2中，搅拌15min；

(4)打入均质机进行均质，过2遍；均质压力为30MPa；

(5)然后将乳液通入450份冷冻水中，加入稳定剂4份和熟化剂7份。

(6)继续搅拌至乳液冷却至室温，过滤即得所述AKD乳液。

本实施例所使用的阳离子淀粉与实施例1的制备方法一样。

所得乳液固含量约为15％，乳液粒径为2～4um，乳液在3000r/min离心l0min无变化，无析出，无破乳现象。

对比例2

本对比例AKD乳液的制备方法与对比例1相同，仅采用的阳离子淀粉不同，本对比例采用的阳离子淀粉为市售的阳离子淀粉(在25℃下20％水溶液的粘度为600mPa.s)。

性能试验：

为评价本发明所述AKD乳液的施胶性能，将实施例2-4制备的样品与市售样品(ASHLAND施胶剂)进行了效果对比(固含量均调节至15％)。在相同条件下进行浆内施胶，纸张定量为105g.cm^-2，施胶剂用量为7kg/t纸，测试结果如表1所示。

表1实施例2-4中制备的样品与对比样品的Cobb60值和环压指数

由表1中可以看出，使用本发明实施例2-4制备的施胶剂，抗水效果优于市售样品和对比例；与空白样相比，在保持环压指数基本不变的前提下可以显著提高纸张的抗水性能。

通过本发明所制备AKD乳液在工艺流程简单、耗时短以及投入少的情况下仍能保证良好的抗水性能，如果采用此工艺可以为造纸企业降低生产成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种AKD乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将AKD蜡、阳离子淀粉和分散剂加入到60-90℃的热水中，保温搅拌5-40min；所述阳离子淀粉的添加量为AKD蜡质量的0.05-1倍，所述分散剂的添加量为AKD蜡质量的0.005-0.1倍，所述热水的用量为AKD蜡质量1-9倍；

(2)采用高压均质机将步骤(1)得到混合液均质1-3次；

(3)在步骤(2)均质后的混合液中加入稳定剂、熟化剂和水；所述稳定剂的用量为AKD蜡质量的0.005-0.1倍；所述熟化剂的用量为AKD蜡质量的0.005-0.2倍；所述水为常温水，用量为AKD蜡质量的1-9倍；

(4)将步骤(3)得到的混合液冷却过滤后即得所述AKD乳液。

2.根据权利要求1所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述阳离子淀粉的制备方法包括如下步骤：

A、将淀粉置于反应容器中，加入催化剂和醚化剂，搅拌并升温至50～75℃，反应0.5～2h；所述催化剂的用量是淀粉质量的0.01～0.06倍，所述醚化剂的用量是淀粉质量的0.1～0.2倍；

B、加入氧化剂反应20-60min，所述氧化剂的用量是淀粉质量的0.001-0.06倍；

C、向步骤B的反应产物中喷洒酸，调节反应体系的pH至4～7；

D、真空干燥，温度为50～70℃，真空度为0.07～0.1MPa，即得所述阳离子淀粉。

3.根据权利要求2所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述阳离子淀粉在25℃下20％水溶液的粘度为40-150mPa.s。

4.根据权利要求2所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、蜡质玉米淀粉及马铃薯淀粉中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、浓度为28-35wt％的氢氧化钠溶液、浓度为28-35wt％的氢氧化钾溶液、浓度为28-35wt％的氢氧化钙溶液中的一种或几种；所述醚化剂为2,3-环氧丙基三甲基氯化铵和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的一种或两种；所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化氢中的一种或几种；所述酸为盐酸、醋酸、硝酸或柠檬酸中的一种或几种。

6.根据权利要求1-5任一项所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，步骤(2)中均质压力为25-40MPa。

7.根据权利要求1-5任一项所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述AKD蜡的熔点为45-53℃。

8.根据权利要求1-5任一项所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、木质素磺酸钠、十六烷基三乙基氯化铵、亚甲基二萘磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种。

9.根据权利要求1-5任一项所述的AKD乳液的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为羧甲基淀粉、聚乙烯亚胺、壳聚糖、氧氯化锆和稳氯中的一种或多种；所述熟化剂为聚胺、聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚酰胺多胺环氧氯丙烷中的一种或多种。

10.权利要求1-9任一项制备方法制备得到的AKD乳液。