CN107313292A - 一种包装纸用表面施胶剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包装纸用表面施胶剂及其制备方法。本发明的表面施胶剂，其由以下各组分组成：天然高分子化合物，天然高分子改性剂，不饱和硬单体，不饱和软单体，改性石油树脂，阳离子单体，功能单体，引发剂I，引发剂II，去离子水；本发明利用马来酸酐将碳九石油树脂进行改性，得到分子中含有酸酐基团的改性碳九石油树脂；以过氧化物为引发剂，将制备的改性碳九石油树脂、不饱和单体、阳离子单体和天然高分子化合物进行共聚制备得到表面施胶剂。本发明制备的表面施胶剂在低施胶量或者相对恶劣的施胶环境下具有好的施胶效果，还具有熟化快、性价比高、防潮性能好、安全环保等优点。

Description

一种包装纸用表面施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及纸张表面处理剂技术领域，特别是一种包装纸用表面施胶剂及其制备方法。

背景技术

表面施胶剂是一种纸张表面处理剂，其一般以淀粉为载体涂布于纸张表面，以提高纸张抗水性，并改善纸张强度和纸张表面性能，进而得到具有高表面性能的纸张。而在造纸领域中，基于资源、能源、环境等方面综合考虑，现代造纸工业主要趋于纸浆原料短纤维化、废纸二次纤维高利用、填料用量不断增加、纸张轻量化、纸机生产高速化、造纸碱性化、白水系统封闭化等方向发展，这些造纸条件的变化使得造纸环境更加苛刻，进而对相关造纸化学品的开发和应用提出了更新、更高的要求。尤其对于包装用纸来说，为了得到低定量、高强度、高抗水、高表面性能的包装用纸，其表面施胶处理显得尤为重要，特别是表面施胶剂的选用极其重要。

目前，市场上常用的商品型表面施胶剂主要是各种变性淀粉及合成的苯乙烯-丙烯酸酯聚合物乳液。其中，苯乙烯-丙烯酸酯聚合物乳液类表面施胶剂合成工艺简单、环保、适应性强，且能赋予纸张多种优异性能，可满足各种纸张产品的生产需求。因此，在包装纸的生产过程中，聚合物乳液表面施胶剂的使用越来越受到重视，以期望在较低表面施胶剂用量下就能得到高抗水性能的包装纸。同时，在实际应用时，包装纸产品还存在着吸潮现象，湿度越大包装纸吸潮现象越严重。另一方面，随着造纸条件愈加苛刻，尤其是二次纤维造纸原料的大量使用，一般的聚合物表面施胶剂已不能满足包装纸的生产和使用要求。因此，研发一种抗水性能和防潮性能好的高效包装纸用表面施胶剂十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺点，提供一种抗水性能及防潮性能好的表面施胶剂。

为此，本发明采用的技术方案如下：一种包装纸用表面施胶剂，其由以下各组分组成，各组分的重量份为：

天然高分子化合物：30～70，

天然高分子改性剂：0.2～1.0，

不饱和硬单体：6～30，

不饱和软单体：6～20，

改性石油树脂：6～40，

阳离子单体：1～3，

功能单体：0.5～3，

引发剂I：0.5～3，

引发剂II：0.5～3，

去离子水，用量为保证表面施胶剂的最终含固量在25～30％；

所述的改性石油树脂由以下各组分组成，各组分的重量份为：

石油树脂：85～95，

马来酸酐：5～15，

阻聚剂：0.5～2.5，

所述的石油树脂为碳九系石油树脂；

所述的阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚、邻仲丁基4，6-二硝基苯酚、对苯醌、甲基氢醌、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚中的一种；

所述的天然高分子化合物为阳离子木薯淀粉、阳离子玉米淀粉中的一种或两种任意比例的混合物；与低分子量乳化剂相比，在乳液聚合时采用天然高分子化合物作为乳化剂或分散剂，可以明显提高乳液的储存稳定性；另外，阳离子淀粉同时可作为反应原料提供接枝点，与不饱和乙烯基单体进行接枝共聚；

所述的天然高分子改性剂为α-淀粉酶、β-淀粉酶中的一种或两种任意比例的混合物；采用天然高分子改性剂酶对阳离子木薯淀粉、阳离子玉米淀粉进行催化水解，以得到具有一定降解程度的淀粉，并提高淀粉分子的反应活性；酶催化水解淀粉是一种重要的淀粉改性方法，与一般催化剂相比，酶具有极高的催化效率；

所述的不饱和硬单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的不饱和软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的引发剂I为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种；引发剂I用来引发不饱和乙烯基单体、改性的天然高分子、改性碳九石油树脂的自由基聚合；

所述的引发剂II为叔丁基过氧化氢、过氧苯甲酸、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯中的一种或多种任意比例的混合物；引发剂II用来进一步提高单体转化率，降低残留单体含量。

进一步，所述的包装纸用表面施胶剂还包括0.2～4重量份的pH调节剂。

进一步，所述的pH调节剂为甲酸、冰醋酸、质量浓度为10％的稀盐酸、质量浓度为10％的稀硫酸中的一种。

上述包装纸用表面施胶剂的制备方法，其如下步骤进行：

1)改性石油树脂的制备

在反应器中加入石油树脂、马来酸酐和阻聚剂，升高温度至220～250℃，搅拌下保温反应4～6h，即得改性石油树脂；

2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将不饱和硬单体、不饱和软单体、上述步骤1)制备的改性石油树脂、阳离子单体和功能单体混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将引发剂I和15％的去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入天然高分子化合物、天然高分子改性剂和85％的去离子水，加热升温至70～90℃，在搅拌下保温反应0.5～2h；然后向反应器中加入pH调节剂，并将反应温度调控到75～85℃；在75～85℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2～3h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在75～85℃下保温反应1～2h；之后将引发剂II加入到反应器中，继续在75～85℃下保温反应1.5～3h；冷却、降温，出料即得含固量为25～30％的表面施胶剂。

在本发明的制备过程中，不饱和单体的自由基共聚合及其与天然高分子化合物的接枝共聚、改性碳九石油树脂与不饱和单体的自由基共聚合及其在乳液中的乳化分散等几种反应同时进行，得到的是天然高分子-聚丙烯酸酯-改性碳九石油树脂共聚物乳液，同时未反应的改性碳九石油树脂也被乳化分散在共聚物乳液中。碳九系石油树脂是由苯乙烯、甲基苯乙烯、茚等聚合而成的弱极性物质，具有优良的抗水、抗老化、耐酸碱性，用作纸张表面施胶剂时，表现出良好的抗水性能及防潮性能；而且，经马来酸酐改性后，碳九石油树脂分子上引入了可与纸纤维结合的极性酸酐基团，明显改善了石油树脂在纸张上的留着和吸附。另外，在本发明的制备过程中，将适量的阳离子基团引入到共聚物分子链上，增加了乳液的稳定性，改善了共聚物在纸张上的留着和吸附，提高了乳液抗杂质离子干扰能力。

正是由于上述优点，本发明制备的表面施胶剂在低施胶量或者相对恶劣的施胶环境下具有好的施胶效果，还具有熟化快、性价比高、防潮性能好、安全环保等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)改性碳九石油树脂的制备

在反应器中加入85份碳九石油树脂、15份马来酸酐、0.5份对羟基苯甲醚，升高温度至220℃，搅拌下保温反应5h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将30份苯乙烯、10份丙烯酸丁酯、10份丙烯酸乙酯、20份上述步骤(1)制备的改性碳九石油树脂、3份甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将3份过氧化氢、35份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入30份阳离子木薯淀粉、0.3份α-淀粉酶、198份去离子水，加热升温至70℃，在搅拌下保温反应2h；然后向反应器中加入4份甲酸，并将反应温度调控到75℃；在75℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在75℃下保温反应2h；之后将1.5份叔丁基过氧化氢加入到反应器中，继续在75℃下保温反应2h；冷却、降温，出料即得含固量为30％的包装纸用表面施胶剂。

实施例2

(1)改性碳九石油树脂的制备

在反应器中加入88份碳九石油树脂、12份马来酸酐、2份对苯二酚，升高温度至230℃，搅拌下保温反应5.5h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将5份α-甲基苯乙烯、15份甲基丙烯酸甲酯、15份丙烯酸己酯、10份上述步骤(1)制备的改性碳九石油树脂、1份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、2.5份丙烯酸羟乙酯、0.5份甲基丙烯酸混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将0.6份过硫酸钾、45份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入30份阳离子玉米淀粉、0.5份β-淀粉酶、254份去离子水，加热升温至75℃，在搅拌下保温反应1.5h；然后向反应器中加入3份冰醋酸，并将反应温度调控到80℃；在80℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2.5h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在80℃下保温反应2h；之后将0.6份过氧苯甲酸加入到反应器中，继续在80℃下保温反应1.5h；冷却、降温，出料即得含固量为30％的包装纸用表面施胶剂。

实施例3

(1)改性石油树脂的制备

在反应器中加入90份碳九石油树脂、10份马来酸酐、1.5份邻仲丁基4，6-二硝基苯酚，升高温度至240℃，搅拌下保温反应4.5h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备过程：

1)单体溶液配制：将9份苯乙烯、6份醋酸乙烯酯、16份丙烯酸乙酯、4份丙烯酸异辛酯、35份上述步骤(1)制备的改性碳九石油树脂、1.5份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、0.5份羟甲基丙烯酰胺混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将1份过硫酸铵、40份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入30份阳离子木薯淀粉、20份阳离子玉米淀粉、0.3份α-淀粉酶、0.3份β-淀粉酶、226份去离子水，加热升温至80℃，在搅拌下保温反应1h；然后向反应器中加入0.4份10％稀盐酸，并将反应温度调控到85℃；在85℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为3h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在85℃下保温反应1.5h；之后将2份叔丁基过氧化氢、1份过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯加入到反应器中，继续在85℃下保温反应2.5h；冷却、降温，出料即得含固量为25％的包装纸用表面施胶剂。

实施例4

(1)改性碳九石油树脂的制备

于反应器中加入92份碳九石油树脂、8份马来酸酐、1.5份对苯醌，升高温度至235℃，搅拌下保温反应6h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将2份醋酸乙烯酯、6份甲基丙烯酸甲酯、12份丙烯酸乙酯、40份上述步骤(1)制备的改性碳九石油树脂、2份甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、1份丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、0.8份丙烯酸羟丙酯、0.2份甲基丙烯酸混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将1.5份过硫酸钠、57份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入60份阳离子玉米淀粉、0.2份α-淀粉酶、0.6份β-淀粉酶、321份去离子水，加热升温至85℃，在搅拌下保温反应45min；然后向反应器中加入1.5份10％稀硫酸，并将反应温度调控到75℃；在75℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2.5h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在75℃下保温反应1h；之后将2份叔丁基过氧化氢、1份过氧苯甲酸加入到反应器中，继续在75℃下保温反应2h；冷却、降温，出料即得含固量为25％的包装纸用表面施胶剂。

实施例5

(1)改性碳九石油树脂的制备

在反应器中加入95份碳九石油树脂、5份马来酸酐、2.5份甲基氢醌，升高温度至245℃，搅拌下保温反应4h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将25份醋酸乙烯酯、8份丙烯酸丁酯、2份丙烯酸己酯、25份上述(1)步骤制备的改性碳九石油树脂、1.5份甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、1份二烯丙基二甲基氯化铵、2份甲基丙烯酸缩水甘油酯混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将2.5份过氧化氢、61份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入70份阳离子木薯淀粉、0.7份α-淀粉酶、0.3份β-淀粉酶、343份去离子水，加热升温至90℃，在搅拌下保温反应0.5h；然后向反应器中加入3.5份甲酸，并将反应温度调控到80℃；在80℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在80℃下保温反应1h；之后将1份叔丁基过氧化氢、1.5份过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯加入到反应器中，继续在80℃下保温反应3h；冷却、降温，出料即得含固量为25％的包装纸用表面施胶剂。

实施例6

(1)改性碳九石油树脂的制备过程：

于反应器中加入90份碳九石油树脂、10份马来酸酐、1.2份2-叔丁基对苯二酚，升高温度至250℃，搅拌下保温反应5h，即得改性碳九石油树脂。

(2)表面施胶剂的制备过程：

1)单体溶液配制：将18份甲基丙烯酸甲酯、4份丙烯酸丁酯、2份丙烯酸异辛酯、30份上述(1)步骤制备的改性碳九石油树脂、2份甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、1.5份甲基丙烯酸混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将2份过硫酸铵、37份去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂乳液的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入15份阳离子木薯淀粉、30份阳离子玉米淀粉、0.7份β-淀粉酶、211份去离子水，加热升温至85℃，在搅拌下保温反应1.5h；然后向反应器中加入2份冰醋酸；在85℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为3h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在85℃下保温反应1.5h；之后将1份过氧苯甲酸、1份过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯加入到反应器中，继续在85℃下保温反应1.5h；冷却、降温，出料即得含固量为30％的新型包装纸用表面施胶剂。

应用效果

各实施例制备的表面施胶剂的施胶效果见表1。

表1各实施例制备的表面施胶剂的施胶效果

注：涂布原纸为110g/m²瓦楞原纸；涂布液淀粉浓度为8％；硫酸铝的添加量为占涂布液的百分比。

Claims (4)

1.一种包装纸用表面施胶剂，其由以下各组分组成，各组分的重量份为：

去离子水，用量为保证表面施胶剂的最终含固量在25～30％；

所述的改性石油树脂由以下各组分组成，各组分的重量份为：

石油树脂：85～95，

马来酸酐：5～15，

阻聚剂：0.5～2.5，

所述的石油树脂为碳九系石油树脂，

所述的阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚、邻仲丁基4，6-二硝基苯酚、对苯醌、甲基氢醌、2-叔丁基对苯二酚、2，5-二叔丁基对苯二酚中的一种；

所述的天然高分子化合物为阳离子木薯淀粉、阳离子玉米淀粉中的一种或两种任意比例的混合物；

所述的天然高分子改性剂为α-淀粉酶、β-淀粉酶中的一种或两种任意比例的混合物；

所述的不饱和硬单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的不饱和软单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸异辛酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的功能单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或多种任意比例的混合物；

所述的引发剂I为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种；

所述的引发剂II为叔丁基过氧化氢、过氧苯甲酸、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯中的一种或多种任意比例的混合物。

2.根据权利要求1所述的包装纸用表面施胶剂，其特征在于，它还包括0.2～4重量份的pH调节剂。

3.根据权利要求2所述的包装纸用表面施胶剂，其特征在于，所述的pH调节剂为甲酸、冰醋酸、质量浓度为10％的稀盐酸、质量浓度为10％的稀硫酸中的一种。

4.权利要求1-3任一项所述包装纸用表面施胶剂的制备方法，其如下步骤进行：

1)改性石油树脂的制备

在反应器中加入石油树脂、马来酸酐和阻聚剂，升高温度至220～250℃，搅拌下保温反应4～6h，即得改性石油树脂；

2)表面施胶剂的制备

1)单体溶液配制：将不饱和硬单体、不饱和软单体、上述步骤1)制备的改性石油树脂、阳离子单体和功能单体混合均匀，得到单体溶液；

2)引发剂I溶液配制：将引发剂I和15％的去离子水混合均匀制得引发剂I溶液；

3)表面施胶剂的制备：在带有搅拌器、温度计的反应器中加入天然高分子化合物、天然高分子改性剂和85％的去离子水，加热升温至70～90℃，在搅拌下保温反应0.5～2h；然后向反应器中加入pH调节剂，并将反应温度调控到75～85℃；在75～85℃下将单体溶液和引发剂I溶液分别从两侧同时滴加到反应容器中，滴加时间为2～3h，并保证二者同时滴加完，滴加完后，继续在75～85℃下保温反应1～2h；之后将引发剂II加入到反应器中，继续在75～85℃下保温反应1.5～3h；冷却、降温，出料即得含固量为25～30％的表面施胶剂。