CN104861103A

CN104861103A - 有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法及应用

Info

Publication number: CN104861103A
Application number: CN201510196333.0A
Authority: CN
Inventors: 夏新兴; 余小藏; 郭爱莲; 郭大亮; 胡谦
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: CN104861103B

Abstract

本发明涉及一种有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法及应用。首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，加入氢氧化钠、醋酸钠、交联剂；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物。将水相溶液缓慢加入到油相中，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，加入引发剂过硫酸钾和亚硫酸氢钠，得到阴离子有机微粒。然后，有机复合钠化改性膨润土微粒制备。在膨润土中加入上述合成的阴离子有机微粒和碳酸钠，加入适量的水，研磨反应数分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。与传统膨润土微粒助留助滤剂相比，该改性膨润土微粒的助留助滤性能提高约15%。

Description

有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法及应用。

背景技术

1986年，Langley、Litchfield等人首次将膨润土微粒和阳离子型高分子聚合物配合作为微粒助留助滤体系，应用于造纸湿部，这标志着微粒助留助滤体系的出现。该助留助滤体系对纸料有优异的助留助滤效果，降低白水浓度，提高纸机车速，提高产品质量，因此，一经出现就得到了迅速推广应用，目前国内外大部分纸机都已采用微粒助留助滤体系。在该助留助滤体系中，膨润土微粒需经过钠化改性，一般采用碳酸钠湿法钠化改性，但改性过程存在膨润土杂质难分离、膨润土浓度低、干燥成本高等缺点。另外，也有科研工作者提出了挤压法和场堆钠化法进行膨润土改性，但是改性效果不及湿法改性。另外也有研究将表面活性剂用于膨润土改性，但是，改性后的有机膨润土多用作吸附剂，或应用于废水处理和导电介质中。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法及应用

本发明的技术构思：采用反相微乳液聚合法，以丙烯酸和丙烯酰胺为单体合成阴离子有机微粒，并采用半干法，将该有机微粒、碳酸钠和钙基膨润土混合，放入快速研磨机中进行研磨改性，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。该膨润土微粒与阳离子聚丙烯酰胺配合形成微粒助留助滤体系，供纸张抄造使用。

本发明方法具体是：首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:1-1:4，单体质量分数为水相的10%-60%，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、相当于单体量的0.01%-0.4%的电解质醋酸钠、2-40ppm的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为3:1-1:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的10%-40%。将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速50-250r/min,反应温度30-50℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，除氧20-60分钟后，加入引发剂过硫酸钾和亚硫酸氢钠，二者质量比在1:1-3:1之间，总加入量为单体质量的0.1%-1%，反应时间为2-6h，产物用无水乙醇反复洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到阴离子有机微粒。

然后，有机复合钠化改性膨润土。膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在该粉碎后的膨润土中加入0.1%-5.0%的上述合成的阴离子有机微粒和1.0%-10%的碳酸钠，加入适量的水，使膨润土浓度在5%-50%之间，温度30-90℃，在研磨机中研磨反应10-100分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

纸张生产中应用：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至0.1%-5.0%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用。阳离子聚丙烯酰胺需在膨润土之前加入纸浆中，如在冲浆泵或压力筛之前加入，加入量为0.03%-0.08%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.05%-0.5%（均为相对于绝干浆料的质量百分比）。

本发明的有益效果：本发明提出了一种用阴离子有机微粒复合钠化改性膨润土，提高低蒙脱石含量膨润土作为助留助滤剂的使用性能，拓宽膨润土原料来源，降低生产成本，提高其在造纸中的使用效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明方法具体是：首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:1-1:4，单体质量分数为水相的10%-60%，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、相当于单体量的0.01%-0.4%的电解质醋酸钠、2-40ppm(相当于单体丙烯酸的量)的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为3:1-1:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的10%-40%。将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速50-250r/min,反应温度30-50℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，除氧20-60分钟后，加入引发剂过硫酸钾，10分钟后，加入引发剂亚硫酸氢钠，二者质量比在1:1-3:1之间，总加入量为单体质量的0.1%-1%，反应时间为2-6h，产物用无水乙醇反复洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到阴离子有机微粒。

然后，有机复合钠化改性膨润土。膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在该粉碎后的膨润土中加入0.1%-5.0%的上述合成的阴离子有机微粒和1.0%-10%的碳酸钠（均为相对于膨润土的质量百分比），加入适量的水，使膨润土浓度在5%-50%之间，温度30-90℃，在研磨机中研磨反应10-100分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

纸张生产中应用：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至0.1%-5.0%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用。阳离子聚丙烯酰胺需在膨润土之前加入纸浆中，如在冲浆泵或压力筛之前加入，加入量为0.03%-0.08%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.05%-0.5%（均为相对于绝干浆料的质量百分比）。与传统膨润土微粒助留剂相比，该改性膨润土微粒的助留助滤性能约提高了15%。

本发明的原理：阴离子有机微粒增加了膨润土的负电性，促进了膨润土的片层剥离作用，提高了研磨性能，使研磨得到的膨润土粒径更小。另外，阴离子有机微粒与膨润土的协同作用，进一步提高了该微粒助留助滤体系的助留助滤性能。

实施例1：

首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:1，单体质量分数为水相的10%，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、相当于单体量的0.01%的电解质醋酸钠、2ppm(相当于单体丙烯酸的量)的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为3:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的10%。将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速50r/min,反应温度30℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，除氧50分钟后，加入引发剂过硫酸钾，10分钟后，加入引发剂亚硫酸氢钠，二者质量比为1:1，总加入量为单体质量的0.1%，反应时间为2h，产物用无水乙醇反复洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到阴离子有机微粒。

然后，有机复合钠化改性膨润土。膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在该粉碎后的膨润土中加入0.1%的上述合成的阴离子有机微粒和1.0%的碳酸钠（均为相对于膨润土的质量百分比），加入适量的水，使膨润土浓度在5%之间，温度30℃，在研磨机中研磨反应10分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

纸张生产中应用：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至0.1%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用。阳离子聚丙烯酰胺需在膨润土之前加入纸浆中，如在冲浆泵或压力筛之前加入，加入量为0.03%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.05%（均为相对于绝干浆料的质量百分比）。

实施例2：

首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:2，单体质量分数为水相的30%，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、相当于单体量的0.3%的电解质醋酸钠、16ppm(相当于单体丙烯酸的量)的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为2:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的25%。将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速100r/min,反应温度40℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，除氧20分钟后，加入引发剂过硫酸钾，10分钟后，加入引发剂亚硫酸氢钠，二者质量比为2:1，总加入量为单体质量的0.7%，反应时间为5h，产物用无水乙醇反复洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到阴离子有机微粒。

然后，有机复合钠化改性膨润土。膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在该粉碎后的膨润土中加入2.3%的上述合成的阴离子有机微粒和5%的碳酸钠（均为相对于膨润土的质量百分比），加入适量的水，使膨润土浓度在27%之间，温度52℃，在研磨机中研磨反应32分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

纸张生产中应用：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至3.5%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用。阳离子聚丙烯酰胺需在膨润土之前加入纸浆中，如在冲浆泵或压力筛之前加入，加入量为0.06%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.41%（均为相对于绝干浆料的质量百分比）。

实施例3：

首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒。水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:4，单体质量分数为水相的60%，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、相当于单体量的0.4%的电解质醋酸钠、40ppm(相当于单体丙烯酸的量)的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为3:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的40%。将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速250r/min,反应温度50℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，除氧60分钟后，加入引发剂过硫酸钾，10分钟后，加入引发剂亚硫酸氢钠，二者质量比为3:1，总加入量为单体质量的1%，反应时间为6h，产物用无水乙醇反复洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到阴离子有机微粒。

然后，有机复合钠化改性膨润土。膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在该粉碎后的膨润土中加入5.0%的上述合成的阴离子有机微粒和10%的碳酸钠（均为相对于膨润土的质量百分比），加入适量的水，使膨润土浓度在50%之间，温度90℃，在研磨机中研磨反应100分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

纸张生产中应用：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至5.0%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用。阳离子聚丙烯酰胺需在膨润土之前加入纸浆中，如在冲浆泵或压力筛之前加入，加入量为0.08%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.5%（均为相对于绝干浆料的质量百分比）。

本发明采用阴离子有机微粒与碳酸钠配合对蒙脱石含量较低的膨润土进行改性，得到的有机复合钠化改性膨润土具有良好的助留助滤效果。因此，扩大了膨润土的来源，提高造纸湿部的助留助滤效果，节约造纸生产成本。

Claims

1.一种有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂制备方法，其特征在于该方法具体是：

首先，运用反相微乳液聚合法合成阴离子有机微粒，具体是：

水相中以丙烯酸和丙烯酰胺为单体，二者的摩尔比为1:1-1:4，加入与丙烯酸等摩尔量的氢氧化钠、0.01%-0.4%的电解质醋酸钠、2-40ppm的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；

油相中以液体石蜡油为溶剂，表面活性剂为Span80和Tween60的混合物，二者质量比为3:1-1:1，表面活性剂的质量分数为油相总质量的10%-40%；

将水相溶液缓慢加入到油相中，搅拌器转速50-250r/min,反应温度30-50℃，通入氮气保持反应在无氧状态下进行，加入引发剂过硫酸钾和亚硫酸氢钠，二者质量比为1:1-3:1，总加入量为单体质量的0.1%-1%，反应时间为2-6h，得到阴离子有机微粒；

然后，有机复合钠化改性膨润土微粒制备，具体是：

膨润土原矿机械粉碎至200目以下，在膨润土中加入0.1%-5%的所述阴离子有机微粒和1.0%-10%的碳酸钠，加入适量的水，使膨润土浓度在5%-50%之间，研磨反应10-100分钟，得到有机复合钠化改性膨润土微粒。

2.一种有机复合钠化改性膨润土微粒助留助滤剂在纸张生产中的应用，其特征在于：有机复合钠化改性膨润土微粒加水稀释至0.1%-5.0%质量浓度，然后与阳离子聚丙烯酰胺配合使用，阳离子聚丙烯酰胺在膨润土之前加入纸浆中，加入量为0.03%-0.08%；复合改性膨润土微粒在压力筛之后加入，加入量0.05%-0.5%。