CN105111378A - 一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用 - Google Patents

一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用 Download PDF

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CN105111378A CN201510631024.1A CN201510631024A CN105111378A CN 105111378 A CN105111378 A CN 105111378A CN 201510631024 A CN201510631024 A CN 201510631024A CN 105111378 A CN105111378 A CN 105111378A
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Abstract

本发明公开了一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,包括纳米结晶纤维素和用于形成高分子碳骨架的非离子单体、以及用于引入阳电荷的阳离子单体,且所述纳米结晶纤维素、所述非离子单体和所述阳离子单体通过自由基引发共聚形成纳米结晶纤维素簇;所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈等;所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐等。本发明还提供了阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸助剂添加到纸机湿部的应用,从而提高纸或纸板的干强度、湿强度、并首程保留率以减低白水浓度。

Description

一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用,属于聚合物接枝改性工业添加剂及其制备与应用技术领域。
背景技术
造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业,在制浆、漂白、抄造及成纸后加工这一工艺全过程的各个阶段,均离不开各种化学品的应用。它们不仅能赋予纸张各种特殊的优越性能(如抗水性、抗油性、湿强度、干强度、及内聚力强度性能等等),使采用较差的纤维原料生产出综合性能更高的纸成为可能;而且能使生产过程优化,纸机运行速度提高,甚至大幅度减少环境污染,给造纸工业带来良好的经济和社会效益。
过程和功能性添加剂通常是水溶性或乳化合成聚合物或树脂石油衍生的或改性得到如淀粉、瓜尔胶粉和纤维素衍生物如羧甲基纤维素由溶解纤维素浆制成的天然产品。例如中国专利CN102121207A、CN102603977A、CN103254347A、CN103408702A和CN103726407A所公开的造纸助剂的制备方法。虽然这些纸张干强剂可以改善干纸的强度,但它们不真正提高湿纸幅的强度。高湿强度是保证纸机良好运行的必要条件。这些添加剂的另一个缺点是,对于高导电率和高含量的阴离子垃圾和胶体物质的敏感性。导致聚合物不能有效吸附在纤维和细小纤维的表面,由于聚合物吸附在这样的白水条件下比较差,很大一部分的聚合物将留存在白水系统是白水浓度增加。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足,提供一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法,并且提供阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸助剂添加到纸机湿部的应用,从而提高纸或纸板的干强度、湿强度、并首程保留率以减低白水浓度。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:
提供一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,包括纳米结晶纤维素和用于形成高分子碳骨架的非离子单体、以及用于引入阳电荷的阳离子单体,且所述纳米结晶纤维素、所述非离子单体和所述阳离子单体通过自由基引发共聚形成纳米结晶纤维素簇;
所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯腈、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸十六酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种;
所述阳离子单体选自丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐中的一种或多种。所述丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐包括但不限于是:二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯硫酸盐、二甲基氨基乙基丙烯酸酯盐酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸甲酯硫酸铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯硫酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐、二甲胺基丙烯酰胺甲基硫酸铵盐、二甲胺基丙烯酰胺盐酸盐、甲基丙烯酰胺铵氯等。
具体优选地,所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈中的一种或多种;所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐中的一种或多种。
具体优选地,所述纳米结晶纤维素的结晶度不小于90%,长度不小于100微米,直径不大于100纳米。
具体优选地,所述纳米结晶纤维素簇的分子量为10万到200万道尔顿。
本发明同时提供了上述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、将纳米结晶纤维素和软水按质量比为(1~30)︰100的比例混合,升温到40~60℃搅拌溶解,直至纳米结晶纤维素完全溶解后,通氮气,升温到80~100℃,加入络合剂和pH缓冲剂,调节pH值为2~4;
所述络合剂为氨基羧酸或氨基羧酸盐;所述络合剂的投料量为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.01%~0.5%;
所述pH缓冲剂选自硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺、三乙醇胺、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐中的一种或多种;具体地,所述pH缓冲剂的用量根据实际需要确定,使反应混合物溶液的pH值调节至2~4之间,用量通常为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.05%~2%。
步骤二、向步骤一的溶液中,按照恒定流量加入引发剂;3~5分钟后,在按照恒定流量加入引发剂的同时,按照恒定流量加入非离子单体和阳离子单体混合物,反应0.5~1小时后,停止加入非离子单体和阳离子单体混合物;继续按照恒定流量加入引发剂扫尾5~10分钟;
所述引发剂选自过硫酸盐、硝酸铈铵、过氧化物、水溶性偶氮类、过硫酸盐和亚硫酸盐的混合物、过硫酸盐和亚硫酸氢盐的混合物、过硫酸盐和硫代硫酸盐的混合物中的一种;所述引发剂的投料量为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.01%~3.5%;
步骤三、使步骤二获得的溶液在85~105℃下保温反应1~2小时;保温反应过程中不断取样测粘度,25℃下粘度达到2000~20000mPa·s后,快速降温到60℃以下停止反应,最后加软水调整固含量至30wt%~40wt%,即得所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素。
作为上述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法的优选,所述络合剂选自氨三乙酸、氨三乙酸盐、EDTA(乙二胺四乙酸)、EDTA-2Na、EDTA-4Na、二乙烯三胺五羧酸、二乙烯三胺五羧酸盐中的一种或多种;所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物中的一种。进一步优选地,所述络合剂选自EDTA、EDTA-2Na、EDTA-4Na中的一种或多种。
本发明还提供了所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸增强剂的应用。
具体地,所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸增强剂的应用方法包括以下步骤:原料进行疏解、打浆后,添加干强剂或湿强剂,充分搅拌后再加入所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的水溶液,所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的用量为绝干浆质量的0.4%~1.6%,充分搅拌后即可抄造纸或纸板。
如美国专利文献US8398901和US7497924所记载的:纳米结晶纤维素天然存在于植物纤维中;典型的纤维素纤维包括非晶纤维素和结晶纤维素,纳米结晶纤维素可以通过分离结晶纤维素从植物纤维中获得。纳米结晶纤维素由于其紧凑的性质使结晶纤维素对酸耐水解高,纳米结晶纤维素通常由在酸性条件下水解植物纤维获得。
纳米结晶纤维素是一种强度较高的材料,但由于其小尺寸约束,它作为一种添加剂在纸制品的用途非常有限,因为纳米结晶纤维素是纤维的一个极短的子集,他们是通常直径远小于1微米,它并没有足够的长度来协助对长纸纤维的强度品质要求;没有数据资料表明,这些材料可用于单独作为增强剂,以取代传统造纸助剂。如美国专利文献US6231657所记载的:在同质化的制备过程中,纳米结晶纤维素的长度和长宽比是有限的,不能只是解开木纤维而不削减纤维的强度。
将本发明提供的所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素添加到造纸湿部并均匀的分布于纸张或纸板的基体中,由于纳米结晶纤维素簇包含大量的羟基,和非离子单体及阳离子单体一起可以改变原有纳米结晶纤维素的长宽比,从而提高纳米结晶纤维素簇的密度、刚度和支护强度,从而可以显著提高纸张特性。本发明由非离子单体形成高分子碳骨架,由阳离子单体引入阳电荷,通过自由基引发共聚物的形成。
此外,阳离子聚合物分子链上的阳离子基团、酰胺基等可与纳米结晶纤维素分子上丰富的羟基之间产生离子键合、氢键和化学键结合,可以形成稳定的合适尺寸的纳米结晶纤维素簇。这些纳米结晶纤维素簇在加入纸机湿部后与纸浆充分混合后可以于纸张纤维形成稳定的键合,并在大纤维上有效吸附细小纤维,可大幅提高首程保留率和系统留着率,达到降低白水浓度并大幅提高纸张增强效果。
本发明与现有技术相比较,本发明的实施效果如下:
1、本发明所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为增强剂可以同时提高纸或纸板的干强度和湿强度;而现有的干强剂主要提高纸活纸板的干强度而对湿强度没有明显的提高,现有的湿强剂主要提高纸或纸板的湿强度而对干强度没有明显的提高。
2、本发明所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为增强剂应用到造纸上能够显著提高纸张的内聚力,对纸或纸板的抗张拉力、耐破指数、耐折率等物理强度有更显著的提高。
3、本发明所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为增强剂不仅对造纸企业的纸品质有本质上的提高,而且能提高助留助滤性,增加细小纤维的保留率,会很大程度地提高纸机车速,优化纸机运行,降低蒸气用量,对造纸企业降低生产能耗和提高产能有极大的助益,可以给造纸企业带来显著的经济效益。
4、本发明所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为增强剂对造纸企业的节能减排亦有很大的助益,可以清洁纸机的白水系统,可以帮助纸厂更好的对白水系统进行封闭循环,大量降低工厂废水的COD和排放量,有利于降低造纸企业所面临的环境压力。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
具体实施例1
本实施例提供的一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,所用主要原料及投料量参见下表:
原料 用量(质量份)
软水 60份
纳米结晶纤维素 15份
丙烯酰胺 20份
二甲基二烯丙基氯化铵 2份
EDTA 0.1份
磷酸 1份
氢氧化钠 1份
过硫酸铵 1份
浓硫酸 适量
制备方法包括以下步骤:
向带有涡轮搅拌器、RTD温度传感器、回流冷凝管及氮气导入管的2000毫升四口烧瓶中加入软水900g,在搅拌器搅拌速度为120RPM下加入纳米结晶纤维素225g,边搅拌边升温至50℃,等完全溶解后,通氮气升温至90℃,加入乙二胺四乙酸(EDTA)1.5g,磷酸15g,氢氧化钠15g。
搅拌均匀后首先按照恒定流量(4毫升/分钟)加入5%过硫酸铵水溶液,3分钟后,开始按照恒定流量(10.8毫升/分钟)滴加丙烯酰胺(50%)和二甲基二烯丙基氯化铵(65%)单体混合液,60分钟滴完后,用5%过硫酸铵水溶液扫尾8分钟。
然后保温在85℃~105℃之间反应1~2小时,达到预期粘度后,降温到60℃以下最后用少量浓硫酸调节pH终止反应,得到固含量为40%,粘度为12000mPa·s,pH值为3.2的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液。
具体实施例2
本实施例提供的一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,所用主要原料及投料量参见下表:
原料 用量(质量份)
软水 57份
纳米结晶纤维素 20份
N,N-二甲基丙烯酰胺 18份
二甲基二烯丙基氯化铵 2份
EDTA-2Na 0.10份
磷酸 1份
氢氧化钠 1份
过硫酸铵 1份
浓硫酸 适量
制备方法包括以下步骤:
向带有涡轮搅拌器、RTD温度传感器、回流冷凝管及氮气导入管的2000毫升四口烧瓶中加入软水855g,在搅拌器搅拌速度为120RPM下加入纳米结晶纤维素300g,边搅拌边升温至50℃,等完全溶解后,通氮气升温至90℃,加入EDTA-2Na1.5g,磷酸15g,氢氧化钠15g。
搅拌均匀后首先按照恒定流量(4毫升/分钟)加入5%过硫酸铵水溶液,3分钟后,开始按照恒定流量(9.8毫升/分钟)滴加N,N-二甲基丙烯酰胺(50%)和二甲基二烯丙基氯化铵(65%)单体混合液,60分钟滴完后,5%过硫酸铵水溶液扫尾8分钟。
然后保温在85℃~105℃之间反应1~2小时,达到预期粘度后,降温到60℃以下最后用少量浓硫酸调节pH终止反应,得到固含量为43%,粘度为12000mPas,pH值为2.8的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液。
具体实施例3
将具体实施例1中丙烯酰胺的替换为选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈中的一种或多种非离子单体;将具体实施例1中二甲基二烯丙基氯化铵的替换为选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐中的一种或多种阳离子单体;制备方法的其余步骤参考具体实施例1。
具体实施例4
将具体实施例1中丙烯酰胺的替换为选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯腈、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸十六酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种非离子单体;
将具体实施例1中二甲基二烯丙基氯化铵的替换为选自丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐中的一种或多种阳离子单体;所述丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐包括但不限于是:二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯硫酸盐、二甲基氨基乙基丙烯酸酯盐酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸甲酯硫酸铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯硫酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐、二甲胺基丙烯酰胺甲基硫酸铵盐、二甲胺基丙烯酰胺盐酸盐、甲基丙烯酰胺铵氯等;制备方法的其余步骤参考具体实施例1。
应用实施例1
采用口杯损纸作为原料进行疏解、打浆后,添加1.0%聚酰胺氨基环氧氯丙烷(PAE)湿强剂,搅拌15分钟,加入具体实施例1制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液(40%固含量)1%~4%(相应于绝干浆的质量比),搅拌5分钟,用手抄片机制得定量16g/m2的手抄透气纸片,烘干后,在标准温湿度条件下平衡24小时,测定其抗张拉力,试验结果列于表1。
表1.口杯损纸制透气纸手抄片的抗张强度
应用实施例2
采用回收废纸箱作为原料进行疏解、打浆后,添加1%聚合氯化铝(PAC),搅拌15分钟后加入具体实施例1制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液(40%固含量)1%~4%(相应于绝干浆的质量比),搅拌5分钟,用手抄片机制得定量180g/m2的手抄片,烘干后,在标准温湿度条件下平衡24小时,测定其耐折度、耐破度和环压强度,试验结果列于表2。
表2.回收箱板纸手抄片强度指标
应用实施例3
参照应用实施例1和应用实施例2,将具体实施例1制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液替换为具体实施例2制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液,测得增强剂添加量在40kg/吨绝干浆时,抗张强度增长率为80%,耐折次数为16,耐破指数为1.83kPa.m2/g,环压指数为8.8N.m/g。
应用实施例4
参照应用实施例1和应用实施例2,将具体实施例1制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液替换为具体实施例3制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液,测得增强剂添加量在40kg/吨绝干浆时,抗张强度增长率为60%以上,耐折次数为12以上,耐破指数为1.6kPa.m2/g以上,环压指数为8.3N.m/g以上。
应用实施例5
参照应用实施例1和应用实施例2,将具体实施例1制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液替换为具体实施例4制得的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素水溶液,测得增强剂添加量在40kg/吨绝干浆时,抗张强度增长率大于0,耐折次数大于9,耐破指数大于1.48kPa.m2/g,环压指数大于7.7N.m/g。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明,不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,其特征是,包括纳米结晶纤维素和用于形成高分子碳骨架的非离子单体、以及用于引入阳电荷的阳离子单体,且所述纳米结晶纤维素、所述非离子单体和所述阳离子单体通过自由基引发共聚形成纳米结晶纤维素簇;
所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯腈、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸十六酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种;
所述阳离子单体选自丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,其特征是,所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈中的一种或多种;所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,其特征是,所述纳米结晶纤维素的结晶度不小于90%,长度不小于100微米,直径不大于100纳米。
4.如权利要求1所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素,其特征是,所述纳米结晶纤维素簇的分子量为10万到200万道尔顿。
5.如权利要求1所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤一、将纳米结晶纤维素和软水按质量比为(1~30)︰100的比例混合,升温到40~60℃搅拌溶解,直至纳米结晶纤维素完全溶解后,通氮气,升温到80~100℃,加入络合剂和pH缓冲剂,调节pH值为2~4;
所述络合剂为氨基羧酸或氨基羧酸盐;所述络合剂的投料量为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.01%~0.5%;
所述pH缓冲剂选自硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺、三乙醇胺、强酸弱碱盐、强碱弱酸盐中的一种或多种;
步骤二、向步骤一的溶液中,按照恒定流量加入引发剂;3~5分钟后,在按照恒定流量加入引发剂的同时,按照恒定流量加入非离子单体和阳离子单体混合物,反应0.5~1小时后,停止加入非离子单体和阳离子单体混合物;继续按照恒定流量加入引发剂扫尾5~10分钟;
所述引发剂选自过硫酸盐、硝酸铈铵、过氧化物、水溶性偶氮类、过硫酸盐和亚硫酸盐的混合物、过硫酸盐和亚硫酸氢盐的混合物、过硫酸盐和硫代硫酸盐的混合物中的一种;所述引发剂的投料量为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.01%~3.5%;
步骤三、使步骤二获得的溶液在85~105℃下保温反应1~2小时;保温反应过程中不断取样测粘度,25℃下粘度达到2000~20000mPa·s后,快速降温到60℃以下停止反应,最后加软水调整固含量至30wt%~40wt%,即得所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素。
6.如权利要求5所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,其特征是,所述络合剂选自氨三乙酸、氨三乙酸盐、EDTA、EDTA-2Na、EDTA-4Na、二乙烯三胺五羧酸、二乙烯三胺五羧酸盐中的一种或多种;所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸铵和亚硫酸氢钠的混合物中的一种。
7.如权利要求5所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法,其特征是,所述络合剂选自EDTA、EDTA-2Na、EDTA-4Na中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸增强剂的应用。
9.如权利要求8所述的阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸增强剂的应用,其特征是,方法包括以下步骤:原料进行疏解、打浆后,添加干强剂或湿强剂,充分搅拌后再加入所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的水溶液,所述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的用量为绝干浆质量的0.4%~1.6%,充分搅拌后即可抄造纸或纸板。
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