CN106968132A - 一种纸张干强剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纸张干强剂，将聚乙烯醇通过阳离子醚化剂醚化后作为高分子乳化剂，制备无皂聚合交联型聚丙烯酰胺乳液，作为纸张用干强剂。本发明具有增强效果好，白水中流失少，定着好，凝胶物少，环保等优点，该干强剂加入纸浆后可以很好地提高成纸的环压、耐折、耐破、抗张、纸内结合强度等性能。

Description

一种纸张干强剂

技术领域

本发明涉及一种造纸添加剂，特别涉及一种纸张干强剂。

背景技术

随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，人们对纸张的需求量不断增大，对纸张质量的要求越来越高，很大程度上推动了我国造纸行业的发展。纸的强度是受多种因素影响的，首先取决于成纸中纤维间的结合力和纤维本身的强度，以及纸中纤维的排列和分布。而最主要的是纤维间结合力,纤维的结合力一般有四种:化学键、氢键、范德华力和纤维表面交织力。其中氢键结合力是纸张结合强度产生的主要方式，纤维素分子的羟基相当多，由无数微纤维相互间形成的氢键结合力是很大的，这是干强度产生的主要原因。干强剂从其分子结构的特点来看大都是含有多羟基的高分子聚合物，这就是与纤维素分子间形成氢键结合的基础，干强剂分子中的氢键形成基团与纤维表面的羟基形成氢键。如淀粉的自由葡萄糖羟基参与了纤维表面纤维素分子氢键的形成，所以淀粉增加了内部纤维的结合力，在两束纤维间的自然结合面上增加了氢键的数量。同时干强剂对纸页成形过程有一定的改进作用，干强剂此时起高效分散剂的作用，即干强剂使浆中纤维分布更均匀，提供了更多的纤维间以及纤维与高分子间结合，从而提高了干强度。

干强剂是造纸工业中增加纸张强度的一类重要化学品，许多水溶性的，与纤维能形成氢键结合的高聚物都可以成为干强剂。干强剂通常用于补偿添加填料或低等级的纤维(如再生纤维)所引起的纸强度的下降。

天然和合成干强剂大部分都是亲水性高分子，这些高分子分散在纤维之间增加了纤维间成键数量，从而达到提高纸张强度的目的。常用的干强剂有天然聚合物如淀粉及其改性物(如阳离子淀粉、阴离子淀粉)、合成聚合物如聚丙烯酰胺、乙二醛聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等以及其它水溶性天然产物类干强剂。在大多数情况下，仅加入质量分数0.1％～0.35％的该类物质就可达到有效的干强效果。我国则以阴离子聚丙烯酰胺和改性淀粉为主。改性淀粉的使用效果并不佳，现有的聚丙烯酰胺干强剂，在制备时通常添加小分子乳化剂，会造成环境的二次污染，目前需要开发一种具有高效增强效果，定着性好，环保的纸用聚丙烯酰胺干增强剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纸张干强剂，具有增强效果好，白水中流失少，定着好，凝胶物少，环保等优点，该干强剂加入纸浆后可以很好地提高成纸的环压、耐折、耐破、抗张、纸内结合强度等性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种纸张干强剂，通过以下方法制备而得：

(1)将聚乙烯醇加入去离子水中加热至70℃～95℃使其完全被溶解，接着加入阳离子醚化剂，调整溶液的pH值至8～10，70℃～90℃下反应60～90分钟，反应结束后调整pH值至3～5.5得聚乙烯醇阳离子化液，将聚乙烯醇阳离子化液加去离子水混匀形成乳化体系；

(2)乳化体系控制温度在70℃～90℃，向乳化体系中加入部分单体混合物和部分引发剂，保温反应15～30分钟，之后向乳化体系中滴加剩余的单体混合物和剩余的引发剂，滴加过程中保持温度70℃～90℃，滴加时间60～90分钟，滴加结束后保温反应30～60分钟，加入终止剂保温反应40～60分钟，加水调节反应产物固含量为15～25％，反应产物降温至50℃以下出料。

作为优选，步骤(1)中，聚乙烯醇阳离子化液与去离子水的质量比为1:15～20。

作为优选，步骤(2)中，部分单体混合物为单体混合物总重量的10～15％，部分引发剂为引发剂总重量的15～25％。

作为优选，步骤(2)中，若单体混合物的成分均为水溶性成分，单体混合物加水溶解后使用；若单体混合物的成分包含水溶性成分和水不溶性成分，水溶性成分加水溶解后使用，水不溶性成分直接使用。

作为优选，步骤(2)中，引发剂加水溶解后使用。

作为优选，按重量份计，所述纸张干强剂各组分的配比为：

聚乙烯醇阳离子化液20～40份；

单体混合物：基础单体90～170份、阳离子单体10～25份、阴离子单体1～10份、功能单体1～20份、交联单体0.1～2份、链转移剂0.01～2份及螯合剂0.01～2份；

引发剂0.1～2份；

终止剂0.1～2份。

作为优选，所述阳离子醚化剂为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；聚乙烯醇阳离子化液按重量份计由以下组分组成：聚乙烯醇100份，阳离子醚化剂1～5份，去离子水900～1000份。

作为优选，所述基础单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸二乙胺基乙酯、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基丙烯酰胺、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵中的一种或多种的组合；

所述阴离子单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、富马酸、富马酸酐、马来酸、马来酸酐、乙烯基磺酸钠、乙烯基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸及其盐中的一种或多种的组合；

所述功能单体为羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合；

所述交联单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N’-二甲基双丙烯酰胺、乙烯基甲苯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三戊酸酯、三羟基甲基丙烷三庚酸酯中的一种或多种的组合。

作为优选，所述链转移剂为十二烷基硫醇、异丙醇、次磷酸钠、甲酸钠、乙醇胺、烯丙醇中的一种或两种组合；所述螯合剂为EDTA。

作为优选，所述引发剂为过硫酸盐(过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾)、硝酸铈铵、季戊四醇、过氧化物(双氧水)、偶氮二异丁腈、亚硫酸盐(亚硫酸钠)、亚硫酸氢盐(亚硫酸氢钠)、硫代硫酸盐(硫代硫酸钠)、高锰酸钾中的一种或多种的组合；所述终止剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢纳、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾中的一种或多种的组合。

本发明将聚乙烯醇通过阳离子醚化剂醚化后作为高分子乳化剂，制备无皂聚合交联型聚丙烯酰胺乳液，作为纸张用干强剂，在配方体系中无小分子乳化剂，所以不会造成环境的二次污染问题。通过调整聚合工艺、配方、得到产品的分子量分布窄，有效成分高。通过特殊的分子结构设计、聚合方法，成功的实现了聚乙烯醇阳离子化，同时聚乙烯醇链与聚丙烯酰胺链交联成一个整体大分子，阳离子基较均匀分布在整个大分子体系中，聚乙烯醇阳离子醚化后，本身具有阳离子性，可以自留着在纤维上。交联性单体的引入，使得聚丙烯酰胺链本身也具有支链结构，这赋予其独特的性能。引入的阳离子单体使所得的聚合物带有阳离子，这样就强化了聚合物的阳离子性。另外，通过功能单体的引入，调整了软硬段单体的比例，使得该干强剂具有合适的玻璃化温度表现胶粘剂的粘结性能。

本发明的有益效果是：具有增强效果好，白水中流失少，定着好，凝胶物少，环保等优点，该干强剂加入纸浆后可以很好地提高成纸的环压、耐折、耐破、抗张、纸内结合强度等性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

总实施方案：

一种纸张干强剂，配方为：按重量份计，所述纸张干强剂各组分的配比为：聚乙烯醇阳离子化液20～40份；

单体混合物：基础单体90～170份、阳离子单体10～25份、阴离子单体1～10份、功能单体1～20份、交联单体0.1～2份、链转移剂0.01～2份及螯合剂0.01～2份；

引发剂0.1～2份；

终止剂0.1～2份。

聚乙烯醇阳离子化液按重量份计由以下组分组成：聚乙烯醇100份，阳离子醚化剂1～5份，去离子水900～1000份。

所述阳离子醚化剂为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。

所述基础单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸二乙胺基乙酯、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基丙烯酰胺、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵中的一种或多种的组合；

所述阴离子单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、富马酸、富马酸酐、马来酸、马来酸酐、乙烯基磺酸钠、乙烯基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸及其盐中的一种或多种的组合；

所述功能单体为羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合；

所述交联单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N’-二甲基双丙烯酰胺、乙烯基甲苯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三戊酸酯、三羟基甲基丙烷三庚酸酯中的一种或多种的组合。

所述链转移剂为十二烷基硫醇、异丙醇、次磷酸钠、甲酸钠、乙醇胺、烯丙醇中的一种或两种组合；所述螯合剂为EDTA。

所述引发剂为过硫酸盐、硝酸铈铵、季戊四醇、过氧化物、偶氮二异丁腈、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐、高锰酸钾中的一种或多种的组合；所述终止剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢纳、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾中的一种或多种的组合。

制备方法为：

(1)将聚乙烯醇加入去离子水中加热至70℃～95℃使其完全被溶解，接着加入阳离子醚化剂，用10％质量浓度的氢氧化钠调整溶液的pH值至8～10，70℃～90℃下反应60～90分钟，反应结束后稀硫酸调整pH值至3～5.5得聚乙烯醇阳离子化液，将聚乙烯醇阳离子化液与去离子水的质量比为1:15～20混匀形成乳化体系。

(2)乳化体系控制温度在70℃～90℃，向乳化体系中加入部分单体混合物(单体混合物总重量的10～15％)和部分引发剂(引发剂总重量的15～25％)，保温反应15～30分钟，之后向乳化体系中滴加剩余的单体混合物和剩余的引发剂，滴加过程中保持温度70℃～90℃，滴加时间60～90分钟，滴加结束后保温反应30～60分钟，加入终止剂保温反应40～60分钟，加水调节反应产物固含量为15～25％，反应产物降温至50℃以下出料。

若单体混合物的成分均为水溶性成分，单体混合物加水溶解后使用；若单体混合物的成分包含水溶性成分和水不溶性成分，水溶性成分加水溶解后使用，水不溶性成分直接使用。引发剂加水溶解后使用。

具体实施例：

(1)聚乙烯醇阳离子化：在1000ml四口烧瓶中加入去离子水900克，聚乙烯醇100克，2,3-环氧丙基三甲基氯化铵3克，用10％的氢氧化钠溶液调整pH值至8.5～9.5，在75℃～90℃保温反应60～90分钟，用稀硫酸调整pH值至4.5得聚乙烯醇阳离子化液，取聚乙烯醇阳离子化液30克，加去离子水523克混匀形成乳化体系；

(2)乳化体系升温至75℃～90℃，同时一次性加入占滴加料一总重量10％的滴加料一(水溶性单体混合物溶液)、占滴加料二总重量的10％滴加料二(非水溶性单体)、占滴加料三总重量的20％滴加料三(引发剂溶液)。其中滴加料一配方为：去离子水200克，丙烯酰胺154克，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵20克，衣康酸3克，丙烯酸羟丙酯5克，N，N-二甲基丙烯酰胺0.5，甲酸钠0.05克，螯合剂EDTA 0.07克；滴加料二配方为：苯乙烯：10克，丙烯酸丁酯7克；滴加料三配方为：过硫酸铵：1克，水：50克。维持温度75℃～90℃度反应15～30分钟。反应结束后将剩下的滴加料一，滴加料二，滴加料三同时均匀滴加，保持温度75℃～90℃，滴加时间60～90分钟，然后在80℃～90℃保温30～60分钟后，取样测其粘度为：5000～12000mP·s，加入亚硫酸钠0.2克，再继续保温60分钟，加水调其固体含量至20％，保温结束后降温至50℃以下放料。

本发明的产品具有增强效果好，白水中流失少，定着好，凝胶物少，环保等优点，该干强剂加入纸浆后可以很好地提高成纸的环压、耐折、耐破、抗张、纸内结合强度等性能，与未加干强剂的纸浆制成的纸相比，成纸的环压、耐折、耐破、抗张、纸内结合强度等性能可以提高30-35％。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种纸张干强剂，其特征在于，通过以下方法制备而得：

(1)将聚乙烯醇加入去离子水中加热至70℃～95℃使其完全被溶解，接着加入阳离子醚化剂，调整溶液的pH值至8～10，70℃～90℃下反应60～90分钟，反应结束后调整pH值至3～5.5得聚乙烯醇阳离子化液，将聚乙烯醇阳离子化液加去离子水混匀形成乳化体系；

(2)乳化体系控制温度在70℃～90℃，向乳化体系中加入部分单体混合物和部分引发剂，保温反应15～30分钟，之后向乳化体系中滴加剩余的单体混合物和剩余的引发剂，滴加过程中保持温度70℃～90℃，滴加时间60～90分钟，滴加结束后保温反应30～60分钟，加入终止剂保温反应40～60分钟，加水调节反应产物固含量为15～25％，反应产物降温至50℃以下出料。

2.根据权利要求1所述的一种纸张干强剂，其特征在于，步骤(1)中，聚乙烯醇阳离子化液与去离子水的质量比为1:15～20。

3.根据权利要求1所述的一种纸张干强剂，其特征在于，步骤(2)中，部分单体混合物为单体混合物总重量的10～15％，部分引发剂为引发剂总重量的15～25％。

4.根据权利要求1所述的一种纸张干强剂，其特征在于，步骤(2)中，若单体混合物的成分均为水溶性成分，单体混合物加水溶解后使用；若单体混合物的成分包含水溶性成分和水不溶性成分，水溶性成分加水溶解后使用，水不溶性成分直接使用。

5.根据权利要求1所述的一种纸张干强剂，其特征在于，步骤(2)中，引发剂加水溶解后使用。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种纸张干强剂，其特征在于，按重量份计，所述纸张干强剂各组分的配比为：

聚乙烯醇阳离子化液20～40份；

单体混合物：基础单体90～170份、阳离子单体10～25份、阴离子单体1～10份、功能单体1～20份、交联单体0.1～2份、链转移剂0.01～2份及螯合剂0.01～2份；

引发剂0.1～2份；

终止剂0.1～2份。

7.根据权利要求6所述的一种纸张干强剂，其特征在于，所述阳离子醚化剂为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；聚乙烯醇阳离子化液按重量份计由以下组分组成：聚乙烯醇100份，阳离子醚化剂1～5份，去离子水900～1000份。

8.根据权利要求6所述的一种纸张干强剂，其特征在于，

所述基础单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的一种或两种；

所述阳离子单体为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯、丙烯酸二乙胺基乙酯、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基丙烯酰胺、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺基丙基)三甲基氯化铵中的一种或多种的组合；

所述阴离子单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、富马酸、富马酸酐、马来酸、马来酸酐、乙烯基磺酸钠、乙烯基苯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸、苯乙烯磺酸及其盐中的一种或多种的组合；

所述功能单体为羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合；

所述交联单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N’-二甲基双丙烯酰胺、乙烯基甲苯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三戊酸酯、三羟基甲基丙烷三庚酸酯中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求6所述的一种纸张干强剂，其特征在于，所述链转移剂为十二烷基硫醇、异丙醇、次磷酸钠、甲酸钠、乙醇胺、烯丙醇中的一种或两种组合；所述螯合剂为EDTA。

10.根据权利要求6所述的一种纸张干强剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸盐、硝酸铈铵、季戊四醇、过氧化物、偶氮二异丁腈、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐、高锰酸钾中的一种或多种的组合；所述终止剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢纳、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾中的一种或多种的组合。