CN106758518B - 一种新型造纸助剂直链akd表面施胶剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成的技术领域，具体的涉及一种新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法。该制备方法采用高级不饱和脂肪酸为原料，有别于传统制作AKD采用的饱和脂肪酸，酰氯化后，以三乙胺为催化剂，二聚合成新型直链AKD。选用直链分子结构，可使原料来源更为广泛，适应大规模工业化生产；对比相似产品，通过优化制备工艺，并简化中间体的制备过程，有效提升产品质量。通过所述制备方法能够获得新型直链AKD，该直链AKD主要应用于造纸表面施胶，表面施胶有别于浆内施胶，不存在施胶过程中的水解因素，因分子量和活性较高，具备施胶速度快、熟化快等优点，适用于各种纸张的表面施胶化处理。
Description
技术领域
本发明属于有机合成的技术领域，具体的涉及一种新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法。
背景技术
AKD即烷基烯酮二聚体，是一种优良的中性反应型合成施胶剂，从目前使用情况来看，AKD已经成为国内造纸厂使用最成熟、最有成效的一种中性施胶剂。
传统的AKD是以硬脂酸为原料经过酰氯化和二聚反应合成的，在常温下是蜡状固体，不溶于水。作为一种反应型施胶剂，它能与纤维素起酯化反应，增加与纤维的结合力；可以使用碳酸钙为填料，降低生产成本，并且可以提高成纸的白度和不透明度，解决白泥回收处理等问题；利用AKD在中（碱）性环境下抄纸可以减少设备的腐蚀，使纸机湿部系统清洁，并且有利于采用白水封闭循环，达到节水减排的目的。
传统AKD在应用过程中也逐步暴露出一些问题：（1）AKD易水解，从而丧失施胶效果；（2）起始施胶速度较慢，熟化速度慢；（3）纸页易出现打滑现象；（4）弱施胶度控制困难以及涂布辊易污染；（5）存在假施胶现象。
现有技术中所公开的液体AKD制备方法中，一种是先将直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸酰氯化制得中间体，另一种是通过内烯烃和催化剂混合后与丙烯酰氯反应制得支链高碳酰氯中间体。虽然制得的AKD常温下均为液体，但原料来源不够广泛，酰化后制备的中间体纯度较低，较难满足规模化的工业生产。
发明内容
本发明的目的在于克服传统AKD产品以及现有AKD制备方法中存在的缺陷和不足，而提供一种新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，该制备方法采用高级不饱和脂肪酸为原料，有别于传统制作AKD采用的饱和脂肪酸，酰氯化后，以三乙胺为催化剂，二聚合成新型直链AKD。选用直链分子结构，可使原料来源更为广泛，适应大规模工业化生产；对比相似产品，通过优化制备工艺，并简化中间体的制备过程，有效提升产品质量。通过所述制备方法能够获得新型直链AKD，该直链AKD主要应用于造纸表面施胶，表面施胶有别于浆内施胶，不存在施胶过程中的水解因素，因分子量和活性较高，具备施胶速度快、熟化快等优点，适用于各种纸张的表面施胶化处理。
本发明的技术方案为：一种新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将高级不饱和脂肪酸和有机碱加入至合成反应釜中，其中按照质量比高级不饱和脂肪酸：有机碱为500:3；开启搅拌, 搅拌每分钟50～70转，并加热至50～80℃，保持合成反应釜内温度为50～80℃；
（2）滴加二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液，维持反应液温度在50～80℃，其中二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液中所含的二（三氯甲基）碳酸酯和甲苯与步骤（1）中所述的高级不饱和脂肪酸三者之间的质量比为1:2:5；
（3）滴加完成后，在合成反应釜内加入活性炭，搅拌条件下维持温度在50～80℃2～3小时,搅拌每分钟50～70转；其中按照质量比活性炭：高级不饱和脂肪酸为1:200；
（4）保持温度50～80℃下通氮气赶出反应过程产生并残留于反应液中的氯化氢及光气；
（5）采用自清式过滤器进行过滤，去除活性炭，得到新型直链AKD中间体并放置缓冲罐中；
（6）加入三乙胺和甲苯至合成反应釜中，开启搅拌, 搅拌每分钟50～70转，其中按照质量比三乙胺：甲苯为16:9；三乙胺:AKD中间体为1.2:1；
（7）通过计量泵将新型直链AKD中间体滴加至合成反应釜中，控制温度在50～80℃；只有采用滴加的方式才能把反应过程中产生的热量及时移走，从而保证产品的质量；
（8）滴加完毕后，搅拌条件下继续保温2小时得到反应液；
（9）在萃取釜中加入预热至70℃质量分数为5%的盐酸并搅拌, 搅拌每分钟50～70转，其中按体积比盐酸：反应液为1:4；
（10）把合成反应釜中的反应液全部转移至萃取釜，静置分液至界面清晰，分出下层水相；
（11）继续倒入此时反应液体积四分之一的稀盐酸于萃取釜中，洗涤上层油相；
（12）重复上述步骤，直至下层水相澄清，并分出水相；
（13）油相导入减压蒸馏釜中，减压蒸馏去除甲苯，得到新型直链AKD成品。
所述步骤（1）中高级不饱和脂肪酸为单体酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和大豆油脂肪酸中至少一种。
所述步骤（1）中有机碱为吡啶、三乙胺和DMF中至少一种。
所述步骤（3）中活性炭预先经过加热干燥，所采用的活性炭粒径至少为200目。
所述步骤（13）中减压蒸馏控制真空度在-0.08～-0.05MPa，温度控制在120℃。
所述步骤（6）中分别控制甲苯和三乙胺的含水量均小于等于0.2%。
本发明的有益效果为：本发明所述制备方法中所采用的二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液中二（三氯甲基）碳酸酯与甲苯的质量比例最佳为1:2，只有采用这个比例才能既保证反应的充分又能保证副产物较少。加热可有效缩短溶液配制时间，温度最佳为50～80℃。活性炭经过干燥处理，可有效避免水分的介入，从而避免造成对中间体质量的影响。所述制备方法在高级不饱和脂肪酸物料中滴加二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液时，要保持滴加速度大体一致，避免反应速度出现不均衡，采用滴加的方式才能把反应过程中产生的热量及时移走，从而保证产品的质量。同时始终保持反应液温度为50～80℃，在产率、速度和质量上找出平衡点，只有这样的条件才能保证反应充分进行,副产物较少，产品质量较高。制备方法在实施过程中，严格控制甲苯、三乙胺的含水量，水分控制在0.2%范围之内。5%的稀盐酸预先加热至70℃，可以大大节约能源。
通过本发明所述制备方法得到的AKD产品区别于传统蜡状固体AKD，常温下为红棕色澄清透明油状液体，产率≥88.5%，纯度≥90.01%，酸值1.22mg/KOHg，碘值160.4gI2/100g。
实践证明，本新型直链AKD具有简化生产工艺，直接灌装,不和空气接触，避免了传统AKD制备中的水解问题,便于包装、存储、运输，降低生产成本，在纸厂应用中，可现场乳化，设备简单、便于操作、省时省力，将乳化后的AKD乳液按比例加入施胶压辊涂布料槽即可，或加入表面施胶淀粉糊化液中混合使用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明。
将1500g高级不饱和脂肪酸、9g有机碱加入到5L反应瓶中，开启搅拌，并加热至50～80℃；滴加质量分数为33%的二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液1600g，维持反应液温度在50～80℃；加入8g干燥后的活性炭，搅拌条件下维持温度在50～80℃2～3h；在温度为 50～80℃条件下，通氮气赶出反应液中残留的氯化氢及光气；通过布氏漏斗减压过滤，去除活性炭，得到新型直链AKD中间体，放在具塞单口瓶中密闭保存；在另一5L反应瓶中加入三乙胺640g、甲苯1000g，开启搅拌；通过恒压滴液漏斗滴加中间体至反应瓶中，控制温度在50～80℃；滴加完毕后，搅拌条件下继续保温2小时；反应瓶中加入反应液体积四分之一的5%稀盐酸，搅拌；反应液全部倒入梨形分液漏斗中，静置分液至界面清晰，分出下层水相；继续倒入料液四分之一比例的稀盐酸于梨形分液漏斗中，洗涤上层油相；重复上述步骤，直至下层水相澄清，并分出水相；油相导入减压蒸馏装置，在-0.08MPa，120℃条件下减压蒸馏去除甲苯，得到新型直链AKD成品。
高级不饱和脂肪酸为单体酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和大豆油脂肪酸中至少一种。有机碱为吡啶、三乙胺和DMF中至少一种。
所述活性炭预先经过加热干燥，所采用的活性炭粒径至少为200目。
分别控制甲苯和三乙胺的含水量均小于等于0.2%。
Claims (6)
1.一种新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将高级不饱和脂肪酸和有机碱加入至合成反应釜中，其中按照质量比高级不饱和脂肪酸：有机碱为500：3；开启搅拌，搅拌每分钟50～70转，并加热至50～80℃，保持合成反应釜内温度为50～80℃；
（2）滴加二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液，维持反应液温度在50～80℃，其中二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液中所含的二（三氯甲基）碳酸酯和甲苯与步骤（1）中所述的高级不饱和脂肪酸三者之间的质量比为1:2:5；
（3）滴加完成后，在合成反应釜内加入活性炭，搅拌条件下维持温度在50～80℃2～3小时， 搅拌每分钟50～70转；其中按照质量比活性炭：高级不饱和脂肪酸为1：200；
（4）保持温度50～80℃下通氮气赶出反应过程中产生并残留于反应液中的氯化氢及光气；
（5）采用自清式过滤器进行过滤，去除活性炭，得到新型直链AKD中间体并放置缓冲罐中；
（6）加入三乙胺和甲苯至合成反应釜中，开启搅拌，搅拌每分钟50～70转，其中按照质量比三乙胺：甲苯为16：9，三乙胺：AKD中间体为1.2：1；
（7）通过计量泵将新型直链AKD中间体滴加至合成反应釜中，控制温度在50～80℃；
（8）滴加完毕后，搅拌条件下继续保温2小时得到反应液；
（9）在萃取釜中加入预热至70℃质量分数为5%的盐酸并搅拌，搅拌每分钟50～70转，其中按体积比盐酸：反应液为1：4；
（10）把合成反应釜中的反应液全部转移至萃取釜，静置分液至界面清晰，分出下层水相；
（11）继续倒入此时反应液体积四分之一的稀盐酸于萃取釜中，洗涤上层油相；
（12）重复上述步骤，直至下层水相澄清，并分出水相；
（13）油相导入减压蒸馏釜中，减压蒸馏去除甲苯，得到新型直链AKD成品。
2.根据权利要求1所述新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中高级不饱和脂肪酸为单体酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和大豆油脂肪酸中至少一种。
3.根据权利要求1所述新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中有机碱为吡啶、三乙胺和DMF中至少一种。
4.根据权利要求1所述新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中活性炭预先经过加热干燥，所采用的活性炭粒径至少为200目。
5.根据权利要求1所述新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（13）中减压蒸馏控制真空度在-0.08～-0.05MPa，温度控制在120℃。
6.根据权利要求1所述新型造纸助剂直链AKD表面施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中分别控制甲苯和三乙胺的含水量均小于等于0.2%。
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