CN105696417B - 一种无表面活性剂的akd乳液的制备方法 - Google Patents

一种无表面活性剂的akd乳液的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法，包括以下步骤：（1）乳化剂水相的制备：锂皂石用水润湿，与聚合氯化铝水溶胶混合；（2）稳定剂水相的制备：阳离子淀粉糊化；（3）乳液制备：将乳化剂水相与AKD熔融液体混合，搅拌，再加入稳定剂水相，继续搅拌，得到稳定的O/W型AKD乳液。本发明采用聚合氯化铝与纳米固体颗粒锂皂石作为乳化剂、采用阳离子淀粉作为稳定剂，乳化剂及稳定剂分段加入，制成乳液，制备工艺简单，不添加表面活性剂，避免了表面活性剂带来的泡沫问题，乳液稳定性持久，液滴直径小，施胶效果好。

Description

一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种AKD乳液的制备方法，具体涉及一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法。
背景技术
烷基烯酮二聚体（AKD）是目前造纸工业中碱性施胶常用的施胶剂之一，是一种不饱和内酯，常温下是不溶于水的蜡状固体，在使用前必须制备成乳液。另一种常用的中碱性造纸施胶剂为烯基琥珀酸酐（ASA），常温下为液体，其分子结构中具有可与纤维素相互作用的酸酐，反应活性较AKD更强，其与水接触发生更为剧烈的水解反应，且其水解产物不仅无施胶效果还会对产生抄纸障碍，乳液储存稳定性差，需车间现场乳化，限制了其广泛应用。AKD分子结构中的内酯环水解速度较慢，乳滴常温下为固体微粒，乳液贮存性好，良好的乳化工艺制备的乳液可放置2~3个月，施胶效率高，成本相对较低，这些优点促进了它的广泛使用。AKD乳液存储期长，在乳液存储过程中，乳液滴容易聚集、絮凝导致乳液分层，因此，与ASA相比AKD乳化工艺要求更加苛刻。现在AKD乳液的乳化工艺一般是将AKD加热至融溶，然后加入分散剂、表面活性剂、糊化后的阳离子淀粉等，经预混合后均质乳化，均质结束后冷却装罐。该工艺较为复杂，生产周期长，乳化过程中加入的表面活性剂会降低施胶效率，容易产生气泡，给抄纸系统带来泡沫问题，甚至产生纸病。
201410670888.X的专利提供了一种纳米微晶纤维素的AKD施胶剂的制备方法，避免了表面施胶剂的使用，既能进行表面施胶还可以用于纸浆的内部施胶，显著提高纸页的施胶度，但目前微晶纤维素的制备方法较为复杂且价格昂贵，不利于其广泛的工业应用。专利号为ZL 200910231301.4的专利提供了一种低分子胺类化合物与锂皂石共同稳定制备AKD乳液的方法，但乳液的存储稳定性尚需进一步提高。鉴于AKD的广泛使用及目前存在的问题，仍需进一步研究新型AKD乳液制备技术，以制备施胶效率高，适应现代造纸企业的施胶剂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法，该方法避免了表面活性剂的使用，乳液稳定性好，存储性良好，制备工艺简单，施胶效果好。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）乳化剂水相的制备：将锂皂石用去离子水润湿，分散制得锂皂石胶体，与聚合氯化铝水溶胶混合；
（2）稳定剂水相的制备：将阳离子淀粉在水中充分糊化；
（3）乳液制备：熔融的AKD、乳化剂水相、稳定剂水相加热，将乳化剂水相与AKD熔融液体混合，在乳化机的机械作用下搅拌，再加入稳定剂水相，继续搅拌，得乳液，冷却，得到稳定的O/W型AKD乳液。
本发明所涉及的AKD为常温下为固态形式、未经乳化的各种用于造纸施胶的AKD工业产品，其熔点一般为45～55℃，市场上可购。为保证造纸施胶剂的有效成分，AKD与步骤（1）和（2）中水相总质量比为1:3～19，优选的比例为1:4～9。
本发明所涉及的微粒锂皂石为市售人工合成的锂蒙脱石类粘土矿物，其结构和组成与天然锂蒙脱石类似，但纯度高，单分散性好，单个结晶体为圆盘状，直径25～30nm，厚度约为1nm阳离子交换能力高，具有较高的负电荷，分散于水中即成为胶体。本发明中作为乳化AKD的主要乳化剂之一，锂皂石与AKD蜡片的质量比为1:20～200，优选的比例为1:40～100。
本发明所涉及的聚合氯化铝（PAC）又称作碱式氯化铝，是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，为市售产品。聚合氯化铝与AKD的质量比为1:40～400，优选比例为1:100～200。
本发明所涉及的阳离子淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉改性获得的阳离子淀粉，阳离子淀粉与AKD的质量比为1:3～20，优选的比例为1:4～10。
本发明所涉及的AKD乳液的制备方案中，所涉及的AKD与乳化剂分散体系混合后的机械剪切作用可由任何一种搅拌或机械剪切设备提供，要求搅拌速度6000～20000转/分钟，搅拌时间2～15分钟；优选的搅拌速度是9000～15000转/分钟，搅拌时间是3～10分钟，以为油状AKD在水中分散成小油滴提供足够的能量。
本发明所涉及的阳离子淀粉稳定剂加入到上述制备好的乳液中，采用相同设备机械搅拌，要求搅拌速度6000～20000转/分钟，搅拌时间2～8分钟；优选的搅拌速度是9000～15000转/分钟，搅拌时间是3～5分钟，以提高乳液存储稳定性。
本发明所涉及的AKD、乳化剂水相和稳定剂水相的温度范围为55～85℃，更为优选的是65～75℃。
本发明的有益效果：
采用聚合氯化铝与纳米固体颗粒锂皂石作为乳化剂、采用阳离子淀粉作为稳定剂，乳化剂及稳定剂分段加入，制成乳液，制备工艺简单，不添加表面活性剂，避免了表面活性剂带来的泡沫问题，乳液稳定性持久，液滴直径小，施胶效果好。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例中份数均为质量份。
实施例1
乳化剂及稳定剂的制备：将2份锂皂石分散于398份水中，1份PAC分散于19份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液均匀混合作为乳化剂；将15份阳离子木薯淀粉在265份水中糊化作为稳定剂。二者分别加热至75℃备用。
AKD乳化：称取工业品AKD 100份于75℃下熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为75℃，利用高速搅拌设备于15000转/分钟转速下搅拌乳化5分钟，再加入75℃的阳离子淀粉糊化液，维持转速继续乳化3分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为12.5%，乳液粒径为1～2μm。
浆内施胶效果：取100份杨木漂白化学机械浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的1份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为102s。
实施例2
乳化剂及稳定剂的制备：将5份锂皂石分散于145份水中，2.5份PAC分散于7.5份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液混合作为乳化剂；将5份阳离子醚化玉米淀粉在135份水中糊化作为稳定剂。二者分别加热至85℃备用。
AKD的乳化：称取工业品AKD 100份，85℃熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为85℃，利用高速搅拌设备于20000转/分钟转速下搅拌乳化10分钟，再加入85℃的阳离子淀粉糊化液，维持转速继续搅拌8分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为25%，乳液粒径为1～3μm。
浆内施胶效果：取50份杨木漂白化学机械浆和50份的麦草浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的0.5份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为82s。
实施例3
乳化剂及稳定剂的制备：将0.5份锂皂石分散于299.5份水中，2.5份PAC分散于17.5份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液混合作为乳化剂；将33.3份阳离子醚化马铃薯淀粉在116.7份水中糊化制成稳定剂。二者分别加热至55℃备用。
AKD的乳化：称取工业品AKD 100份，加热到55℃熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为55℃，利用高速搅拌设备于10000转/分钟转速下搅拌乳化15分钟，随后加入55℃的阳离子淀粉糊化液，继续乳化2分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为20%，乳液粒径为1～3μm。
浆内施胶效果：取50份阔叶木浆与50份针叶木浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的0.6份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为86s。
实施例4
乳化剂及稳定剂的制备：将1份锂皂石分散于399份水中，0.2份PAC分散于19.8份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液混合作为乳化剂。将13份儿阳离子醚化淀粉在327份水中糊化作为稳定剂。二者分别加热至65℃备用。
AKD的乳化：称取工业品AKD 40份，加热至65℃熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为65℃，利用高速搅拌设备于15000转/分钟转速下搅拌乳化2分钟，随后加入65℃的阳离子淀粉糊化液，维持转速继续乳化5分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为5%，乳液粒径为1～3μm。
浆内施胶效果：取100份阔叶木浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的2份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为66s。
实施例5
乳化剂及稳定剂的制备：将2.5份锂皂石分散于397.5份水中，0.25份PAC分散于19.75份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液混合作为乳化剂；将25份阳离子淀粉在455份水中糊化作为稳定剂。二者分别加热至65℃备用。
AKD的乳化：称取工业品AKD 100份，加热至65℃熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为65℃，利用高速搅拌设备于9000转/分钟转速下搅拌乳化3分钟，随后加入65℃的阳离子淀粉糊化液，维持转速继续乳化4分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为10%，乳液粒径为1～3μm。
浆内施胶效果：取100份麦草浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的1份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为72s。
实施例6
乳化剂及稳定剂的制备：将1份锂皂石分散于499份水中，1份PAC分散于19份水中，将PAC溶液与锂皂石分散液混合作为乳化剂。将10份阳离子醚化淀粉在170份水中糊化作为稳定剂。二者分别加热至80℃备用。
AKD的乳化：称取工业品AKD 100份，加热至80℃熔融，将上述制备的乳化剂加入熔融的AKD中，保持乳化温度为80℃，利用高速搅拌设备于6000转/分钟转速下搅拌乳化10分钟，再加入80℃的阳离子淀粉糊化液，维持转速继续乳化3分钟，冷却，制得的AKD乳液为均一乳白色水包油型（O/W）乳液。AKD的质量百分比约为12.5%，乳液粒径为1～3μm。
浆内施胶效果：取50份麦草浆和50份针叶木浆分散在9900份水中，分散均匀后，加入静置30天的1份上述AKD乳液、0.03份CPAM，0.3份膨润土，混合均匀后形成纸料，并通过快速凯塞法纸页成型器抄制定量约60g/m2的手抄片，利用液体渗透法（GB/T5405—2002）测得手抄片施胶度为81s。

Claims (4)

1.一种无表面活性剂的AKD乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）乳化剂水相的制备：将锂皂石用去离子水润湿，分散制得锂皂石胶体，与聚合氯化铝水溶胶混合；
（2）稳定剂水相的制备：将阳离子淀粉在水中充分糊化；
（3）乳液制备：熔融的AKD、乳化剂水相、稳定剂水相加热，将乳化剂水相与AKD熔融液体混合，在乳化机的机械作用下搅拌，再加入稳定剂水相，继续搅拌，得乳液，冷却，得到稳定的O/W型AKD乳液；
其中，锂皂石与AKD的质量比为1:20～200，聚合氯化铝与AKD的质量比为1:40～400，阳离子淀粉与AKD的质量比为1:3～20，AKD与步骤（1）和（2）中水相总质量比为1:3～19；
其中，步骤（3）中加热温度为55～85℃，乳化机搅拌速度6000～20000转/分钟，搅拌时间2～15分钟；继续搅拌速度6000～20000转/分钟，搅拌时间2～8分钟。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
锂皂石与AKD的质量比为1:40～100；
聚合氯化铝与AKD的质量比为1:100～200；
阳离子淀粉与AKD的质量比为1:4～10；
AKD与步骤（1）和（2）中水相总质量比为1:4～9。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中加热温度为65～75℃，乳化机搅拌速度9000～15000转/分钟，搅拌时间3～10分钟；继续搅拌速度9000～15000转/分钟，搅拌时间3～5分钟。
4.根据权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的阳离子淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉或马铃薯淀粉改性获得的阳离子淀粉。
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