CN106032657B - 一种增强型表面施胶剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种AKD表面增强型施胶剂及其制备方法。本发明根据AKD的结构特点设计并合成改性阳离子淀粉乳化剂，该乳化剂乳化AKD得到的乳液具有很好的稳定性。该乳液可以作为铜版纸等文化用纸的表面施胶剂，在施胶的过程中，表面施胶剂中的一些功能性基团能与纤维、淀粉上的羟基等基团反应、交联提高整体的表面施胶效果。该增强型表面施胶剂能够显著降低Cobb值、明显提高纸张的表面强度，有效改善印刷适性。同时与荧光增白剂等助剂有良好的相容性。

Description

一种增强型表面施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种施胶剂，尤其涉及一种造纸用增强型表面施胶剂及其制备方法。

背景技术

1948年，Sauer首先合成出烷基烯酮二聚物(AKD，以下简称AKD)。Downoy于1952年开发出造纸施胶用的AKD乳液。Tyrreily、Wemer等首次将AKD用于以CaCO₃为填料的造纸施胶剂。1956年美国Herecules公司建厂投产生产AKD，1957年开始供应AKD胶乳(商品名为“Aquapel“)，并于1957年和1960年首次用于生产优质纸和罐装牛奶卡纸中。然而由于当时助留剂和阳离子淀粉等化学品尚未发明，乳液稳定性差、胶料留着率低，所以未获得广泛应用。1972年Hercules公司在欧洲推出阳离子AKD中性胶，其在纸浆的留着率有所提高，但仍存在施胶速度慢和胶料用量较多等问题。

CN101287611A公开了一种包含烯基琥珀酸酐施胶剂和/或烷基烯酮二聚物施胶剂，其给出了包含烷基烯酮二聚物施胶剂可以应用在造纸中，并未进一步给出如何进行制作该施胶剂及其组分。

由于AKD是一种低熔点(一般在43～55℃之间)的浅黄色蜡状固体，不溶于水，为了使AKD容易添加入纸料中，并且均匀分布，必须将其转变为能分散于水中的微小颗粒，要将AKD乳化。目前用作AKD乳化剂的表面活性剂主要有非离子型的脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等；阴离子型的烷基硫酸钠、烷基磺酸钠以及季铵阳离子型；还有高级脂肪酸、高级脂肪醇及它们的酯。有资料指出，HLB值(表面活性剂的亲水亲油平衡值)为14的乳化剂效果较好。为避免活泼氢与AKD四元内酯环反应，所用乳化剂既不能含活泼氢，也不能含活泼羟基。

阳离子淀粉可防止AKD的内环酯水解，而且价格便宜。因此早期的AKD乳液多用阳离子淀粉作乳化剂，起到保护胶体的作用。且由于阳离子淀粉糊液的存在，使AKD微粒带阳离子电荷，并形成扩散双电层，使AKD乳液具有一定的Zeta电位，使AKD微粒间存在静电斥力。微粒间的相互引力和静电斥力的相互较量就决定了乳液的稳定性。阳离子淀粉可以用作AKD施胶的理想助留剂。但是工业AKD以阳离子淀粉及表面活性剂来乳化，稳定性差，在室温下只可稳定贮存一个月左右。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种AKD增强型表面施胶剂，所述增强型表面施胶剂能够显著降低Cobb值，明显提高纸张的表面强度，有效改善印刷适性，同时与荧光增白剂等助剂有良好的相容性。

为实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种增强型表面施胶剂，按重量份数计，包括：

淀粉乳化剂 30份～50份；

AKD原粉 100份；

水 40份～60份；

所述淀粉乳化剂各组分重量份数如下：

本发明的第二个方面是提供一种上述增强型表面施胶剂的制备方法，步骤包括：

(1)淀粉乳化剂的制备：

a)将淀粉、乳化剂、淀粉酶和水混合，得淀粉乳，升温45～60℃，保温0.5h～2h，搅拌下加入缓溶剂、催化剂；

b)加入阳离子醚化剂水溶液，反应4～7h，用中和剂调节体系PH至2.0—4.0。

c)升温到75～85℃，加入引发剂和水的混合液，5～10分钟后加入交联单体，保温0.5h～1h，降温过滤出料。

(2)增强型表面施胶剂的制备：

将淀粉乳化剂和水混合，升温65～80℃，高速搅拌下加入AKD原粉，10～20分钟后加入高压均质机中均质冷却出料。

其中，上述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉中的至少一种；

其中，上述乳化剂为非离子乳化剂，非离子乳化剂选自失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯(斯盘65)、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯(斯盘60)、失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯(斯盘40)、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯(吐温81)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯(吐温65)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温21)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)中的至少一种，优选失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)中的至少一种。

其中，上述淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、异淀粉酶中的至少一种。

其中，上述缓溶剂为硫酸钠、氯化钠、硫酸钾中的至少一种，加入量为淀粉重量的5～10％。

其中，上述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的至少一种。

其中，上述醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵和/或2,3-环氧丙基氯化铵中的一种。

其中，上述中和剂选自有机酸、无机酸中的任意一种或几种，优选为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的至少一种。

其中，上述引发剂选自过硫化物中的任意一种或几种，优选为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

其中，上述功能性单体选自丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲、双丙酮丙烯酰胺中的至少一种。

其中，上述AKD原粉为十六烷基烯酮二聚体、十四烷基烯酮二聚体、十二烷基烯酮二聚体中至少一种。

上述表面增强型表面施胶剂应用于造纸涂料。

有益效果：本发明根据AKD的结构特点设计并合成改性阳离子淀粉乳化剂，该乳化剂乳化AKD得到的乳液具有很好的稳定性。该乳液可以作为铜版纸等文化用纸的表面施胶剂，在施胶的过程中，表面施胶剂中的一些功能性基团能与纤维、淀粉上的羟基等基团反应、交联提高整体的表面施胶效果。该增强型表面施胶剂能够显著降低Cobb值、明显提高纸张的表面强度，有效改善印刷适性。同时与荧光增白剂等助剂有良好的相容性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

(1)淀粉乳化剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入185g去离子水、4g失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、1gα-淀粉酶和100g玉米淀粉，升温60℃，保温1h，搅拌下加入缓溶剂无水硫酸钠5g，加入重量浓度为32％的氢氧化钠至溶液的PH为11.0，另一烧杯中加入10g水溶解7g3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，然后加入到淀粉乳中，反应4h，用盐酸调节体系PH至4.0。然后升温到75℃，加入2g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，10分钟后加入4g丙烯酸-2-羟丙酯，保温0.5h，降温到30℃以下，过滤出料。

(2)增强型表面施胶剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入50g淀粉乳化剂和100g水，升温到75℃，加入100g熔融AKD原粉，高速搅拌20分钟后，倒入高压均质机40MPa均质一次，降温过滤出料。

实施例2

(1)淀粉乳化剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入150g去离子水、10g聚氧化乙烯(20)、1gβ-淀粉酶和100g玉米淀粉，升温55℃，保温2h，搅拌下加入缓溶剂氯化钠8g，加入重量浓度为32％的氢氧化钠至溶液的PH为12.0，另一烧杯中加入10g水溶解9g2,3-环氧丙基氯化铵，然后加入到淀粉乳中，反应6h，用磷酸调节体系PH至3.0。然后升温到80℃，加入3g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，10分钟后加入6g丙烯酸-2-羟丙酯，保温1h，降温到30℃以下，过滤出料。

(2)增强型表面施胶剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入40g淀粉乳化剂和100g水，升温到80℃，加入100g熔融AKD原粉，高速搅拌10分钟后，倒入高压均质机40MPa均质一次，降温过滤出料。

实施例3

(1)淀粉乳化剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入170g去离子水、8g失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、1gγ-淀粉酶-淀粉酶和100g小麦淀粉，升温45℃，保温2h，搅拌下加入缓溶剂无水硫酸钠5g，加入重量浓度为32％的氢氧化钠至溶液的PH为12.5，另一烧杯中加入10g水溶解10g3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，然后加入到淀粉乳中，反应5h，用醋酸调节体系PH至4.0。然后升温到75℃，加入3g过硫酸钾溶解于10g去离子水的水溶液，10分钟后加入4g丙烯酸-2-羟丙酯，保温0.5h，降温到30℃以下，过滤出料。

(2)增强型表面施胶剂的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入50g淀粉乳化剂和100g水，升温到75℃，加入100g熔融AKD原粉，高速搅拌20分钟后，倒入高压均质机40MPa均质一次，降温过滤出料。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，组成所述施胶剂按重量份数计，包括：

淀粉乳化剂 30份～50份；

AKD原粉 100份；

水 40份～60份；

所述淀粉乳化剂各组分重量份数如下：

所述AKD表面增强型施胶剂的制备方法包括以下步骤：

(1)淀粉乳化剂的制备：

a)将淀粉、乳化剂、淀粉酶和水混合，得淀粉乳，升温45～60℃，保温0.5h～2h，搅拌下加入缓溶剂、催化剂；

b)加入阳离子醚化剂水溶液，反应4～7h，用中和剂调节体系pH值至2.0-4.0；

c)升温到75～85℃，加入引发剂和水的混合液，5～10分钟后加入功能性单体，保温0.5h～1h，降温过滤出料；其中所述功能性单体选自丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲、双丙酮丙烯酰胺中的至少一种；

(2)增强型表面施胶剂的制备：

将淀粉乳化剂和水混合，升温65～80℃，高速搅拌下加入AKD原粉，10～20分钟后加入高压均质机中均质冷却出料；其中所述AKD原粉为十六烷基烯酮二聚体、十四烷基烯酮二聚体、十二烷基烯酮二聚体中至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述乳化剂为非离子乳化剂，非离子乳化剂选自失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇三硬脂酸酯(斯盘65)、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单硬脂肪酸酯(斯盘60)、失水山梨醇单油酸酯(斯盘80)、二乙二醇脂肪酸酯、失水山梨醇单棕榈酸酯(斯盘40)、聚氧化丙烯硬脂肪酸酯、失水山梨醇单月桂酸酯(斯盘20)、聚氧化乙烯硬脂肪酸酯、月桂酸聚氧乙烯酯、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温61)、聚氧化乙烯(5)失水山梨醇单油酸酯(吐温81)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三硬脂酸酯(吐温65)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇三油酸酯(吐温85)、聚氧化乙烯单油酸酯、脂肪醇胺聚氧化乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧化乙烯单月桂酸酯、聚氧化乙烯蓖麻油、聚氧化乙烯(4)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温21)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单硬脂肪酸酯(吐温60)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯(吐温80)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯(吐温40)、聚氧化乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯(吐温20)中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、异淀粉酶中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述缓溶剂为硫酸钠、氯化钠、硫酸钾中的至少一种，加入量为淀粉重量的5～10％。

6.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的至少一种；所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵和/或2,3-环氧丙基氯化铵中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种AKD表面增强型施胶剂，其特征在于，所述中和剂选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的至少一种；所述引发剂选自过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的至少一种。

8.一种如权利要求1所述的AKD表面增强型施胶剂在造纸涂料中的应用。