CN105544293A - 一种阳离子高分子基液体akd施胶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阳离子高分子基液体AKD施胶剂，是以原淀粉为基料通过阳离子改性后接枝亲水性阳离子单体和亲油性单体苯乙烯、丙烯酸酯进行制备。该乳化剂是根据液体AKD分子结构进行设计的，对空间网状结构的液体AKD具有良好的乳化能力，电荷密度高，低温下经过剪切分散即能制得高稳定性高施胶性能的施胶剂。本发明制得的施胶剂既可以用于中性施胶也可以用于表面施胶；熟化速度快；能减轻纸张易打滑的问题；施胶效率高，降低了生产成本。

Description

一种阳离子高分子基液体AKD施胶剂及其制备方法
技术领域
本发明属于造纸施胶技术领域，具体涉及一种阳离子高分子基液体AKD施胶剂及其制备方法。
背景技术
烷基烯酮二聚体(AKD)是一种高效的施胶剂，它是以16-18碳饱和脂肪酸作为基料改性制备得来，分子形态为线性结构。受自身结构的限制，AKD一直存在熟化速度慢、易水解、易造成纸张打滑等问题。液体AKD是常温下即为液体的油状物质，区别于传统意义上的AKD蜡粉，其分子结构为支链网状结构，由其制备的新型施胶剂具有熟化速度快、施胶效率高等优点。传统的阳离子淀粉乳化剂存在的易霉变、易使施胶剂水解的缺点使其逐渐被高效的高分子乳化剂所取代。
液体AKD与AKD蜡粉相比施胶效果好、熟化速度快并且能有效地减轻纸张易打滑的问题，具有巨大的发展潜力，但现有技术未涉及液体AKD专用乳化剂及乳化方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种阳离子高分子基液体AKD施胶剂及其制备方法，从而弥补现有技术的不足。
本发明的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其制备方法包括如下步骤：
1)将原淀粉和低温α-淀粉酶分散在水中，升温到40-50℃水解反应0.5-1h，再升温至55-58℃，加入膨化抑制剂和氢氧化钠溶液，滴加醚化剂保温反应后，用醋酸调pH至3-5；
2)将步骤1)中的反应液升温至80-85℃，0.5-1h内分别滴加亲水性阳离子单体、亲油性混合单体(苯乙烯、丙烯酸酯类)和引发剂过硫酸铵溶液，保温反应2-2.5h降温出料后即为液体AKD高分子乳化剂；
3)将步骤2)制备的液体AKD高分子乳化剂、液体AKD和水混合，在低温下通过高速剪切10-20min，快速冷却出料制得固含量为12-20％的高分子基液体AKD施胶剂。
步骤1)中原淀粉为玉米原淀粉、木薯原淀粉、马铃薯原淀粉中的一种或几种。
步骤1)中膨化抑制剂为NaCl、NaNO3、Na2SO4中的一种或几种。
步骤1)中醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或两种。
醚化剂用量为原淀粉质量的20-40％；
步骤2)中阳离子单体为二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种。
步骤2)中丙烯酸酯类单体为(甲基)丙烯酸异十二酯、(甲基)丙烯酸异十三酯、(甲基)丙烯酸异十四酯、(甲基)丙烯酸异十五酯、(甲基)丙烯酸异十六酯、(甲基)丙烯酸异十七酯、(甲基)丙烯酸异十八酯、(甲基)丙烯酸异十九酯、(甲基)丙烯酸异二十酯中的一种或几种以任意比例混合。
步骤2)亲水性阳离子单体用量为干淀粉用量的50-100％，亲油性单体用量为干淀粉用量的10-100％，引发剂过硫酸铵用量占总单体用量的1‰-2％。
优选的，引发剂过硫酸铵用量占总单体用量的3‰。
步骤3)中液体AKD、高分子乳化剂和水的比例为1:1:6～8。
步骤3)中乳化温度为20-50℃；更优选为40℃。
液体AKD的制备方法是：1)烷基脂肪酸的混合物(含有20-60wt％的支链脂肪酸)与酰化剂制得烷基脂肪酰氯；2)在甲苯或苯溶剂中加入溶解量的聚胺并滴加步骤1)制得的烷基脂肪酰氯进行二聚反应，用无机酸处理并进行减压蒸馏后得到液体AKD。
本发明制备的阳离子液体AKD施胶剂的优点是熟化速度快，下机后即能达到最佳的施胶效果；能有效地改善纸张易打滑的问题；在保证施胶效果的前提下，施胶量低，吨纸成产成本明显下降；能有效地减轻传统AKD蜡粉制得的施胶剂容易造成的污染问题；既可以用于中性施胶，也可以用于表面施胶。
具体实施方式
下面通过具体的实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明并不限于这些实施例。依然可以对下述各实施例的技术方案进行修改。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改，等同替换、改进能，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：
阳离子高分子基液体AKD施胶剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将50g木薯原淀粉、0.5g低温α-淀粉酶分散在200g去离子水中，升温到40-50℃水解反应0.5-1h；
2)升温至55-58℃，加入0.5gNaCl和1g氢氧化钠溶液(30％)；
3)滴加15g3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，保温反应2h；
4)用醋酸调pH至3-5；
5)升温至80-85℃，0.5-1h内分别滴加75g二烯丙基二甲基氯化铵(60％)、45g亲油性混合单体(苯乙烯、丙烯酸异十六酯、丙烯酸异十七酯、丙烯酸异十八酯)和0.45g过硫酸铵溶液(30％)；其中，四种亲油性单体质量比为2:1:1:1。
6)保温反应2-2.5h，出料即得液体AKD专用高分子乳化剂；
7)将100g液体AKD、100g高分子乳化剂和800g水混合；其中液体AKD常温下为液体，其熔点为-15-15℃，区别于熔点为50℃左右常温下为固体的AKD蜡粉,其制备方法如下：1)烷基脂肪酸的混合物(含有20-60wt％的支链脂肪酸)与酰化剂制得烷基脂肪酰氯,酰化剂为光气、三氯化磷或氯化亚砜；2)在甲苯或苯溶剂中加入溶解量的聚胺并缓慢滴加步骤1)制得的烷基脂肪酰氯进行二聚反应，温度控制在10-50℃，1.5-2.5h滴加完毕，温度控制50-70℃保温反应1h，然后用无机酸(硫酸或盐酸)处理使多余的胺形成铵盐析出，减压蒸馏出溶剂后得到液体AKD。
8)升温至40℃；
9)将混合液通过高速剪切10-20min；
10)快速冷却出料制得固含量为12-15％的新型施胶剂1号。固含量是乳液或涂料在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。
11)将新型施胶剂1号用于浆内施胶并与同等质量分数的用普通乳化剂乳化的液体AKD施胶剂以及传统的AKD浆内施胶剂进行对比，用液体渗透法进行施胶度测定，按GB5405-1985规定的方法进行施胶度测定。测试结果如表1所示:
表1:几种浆内施胶剂施胶实验结果
实施例2：
1)将50g玉米原淀粉、0.5g低温α-淀粉酶分散在200g去离子水中，升温到40-50℃水解反应0.5-1h；
2)升温至55-58℃，加入0.5gNa2SO4和1.5g氢氧化钠溶液(30％)；
3)滴加12g3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，保温反应2h；
4)用醋酸调pH至3-5；
5)升温至80-85℃，0.5-1h内分别滴加60g二烯丙基二甲基氯化铵(60％)、35g亲油性混合单体(苯乙烯、甲基丙烯酸异十六酯、甲基丙烯酸异十七酯、甲基丙烯酸异十八酯)和0.4g过硫酸铵溶液(30％)；其中，四种亲油性单体质量比为3:2:2:1。
6)保温反应2-2.5h，出料即得液体AKD专用高分子乳化剂；
7)将100g液体AKD、100g高分子乳化剂和600g水混合；
8)升温至45℃；
9)将混合液通过高速剪切10-20min；
10)快速冷却出料制得固含量为15-20％的新型施胶剂2号。
11)将新型施胶剂2号用于表面施胶并与同等质量分数的用普通乳化剂乳化的液体AKD施胶剂以及传统的AKD表面施胶剂进行对比，用液体渗透法进行施胶度测定，按GB5405-1985规定的方法进行施胶度测定。测试结果如表2所示:
表2：几种表面施胶剂施胶实验结果
本发明制备的阳离子液体AKD施胶剂的优点是在保证施胶效果的前提下，施胶量低，吨纸成产成本明显下降；熟化速度快，下机后即能达到最佳的施胶效果；能有效地改善纸张易打滑的问题；能有效地减轻传统AKD蜡粉制得的施胶剂容易造成的污染问题；既可以用于中性施胶，也可以用于表面施胶。

Claims (10)

1.一种阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂的制备方法包括如下步骤：
1)将原淀粉和低温α-淀粉酶分散在水中，升温到40-50℃水解反应0.5-1h，再升温至55-58℃，加入膨化抑制剂和氢氧化钠溶液，滴加醚化剂保温反应后，用醋酸调pH至3-5；
2)将步骤1)中的反应液升温至80-85℃，0.5-1h内分别滴加亲水性阳离子单体、亲油性混合单体和引发剂过硫酸铵溶液，保温反应2-2.5h降温出料后即为液体AKD高分子乳化剂；
3)将步骤2)制备的液体AKD高分子乳化剂、液体AKD和水混合，在低温下通过高速剪切10-20min，快速冷却出料制得固含量为12-20％的高分子基液体AKD施胶剂。
2.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤1)中原淀粉为玉米原淀粉、木薯原淀粉、马铃薯原淀粉中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤1)中膨化抑制剂为NaCl、NaNO3、Na2SO4中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤1)中醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或两种。
5.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤2)中阳离子单体为二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤2)中亲油性混合单体包括苯乙烯、丙烯酸酯类，其中，丙烯酸酯类单体为(甲基)丙烯酸异十二酯、(甲基)丙烯酸异十三酯、(甲基)丙烯酸异十四酯、(甲基)丙烯酸异十五酯、(甲基)丙烯酸异十六酯、(甲基)丙烯酸异十七酯、(甲基)丙烯酸异十八酯、(甲基)丙烯酸异十九酯、(甲基)丙烯酸异二十酯中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤2)中亲水性阳离子单体用量为干淀粉用量的50-100％，亲油性单体用量为干淀粉用量的10-100％，引发剂过硫酸铵用量占总单体用量的1‰-2％。
8.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤3)中液体AKD、高分子乳化剂和水的比例为1:1:6～8。
9.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的步骤3)中乳化温度为20-50℃；更优选为40℃。
10.如权利要求1所述的阳离子高分子基液体AKD施胶剂，其特征在于，所述的液体AKD的制备方法如下：
1)20-60wt％的支链脂肪酸的烷基脂肪酸与酰化剂制得烷基脂肪酰氯；
2)在甲苯或苯溶剂中加入溶解量的聚胺并滴加步骤1)制得的烷基脂肪酰氯进行二聚反应，用无机酸处理并进行减压蒸馏后得到液体AKD。
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