CN108329430B - 包装纸用施胶增强剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包装纸用施胶增强剂的制备方法,糊精加入去离子水中,搅拌升温溶解,通氮气,温度升至60~80℃,加入引发剂,反应10~30分钟;分别滴加疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液和引发剂水溶液,控制滴加时间20~90分钟,期间反应温度控制在65℃~95℃;滴毕,控制温度在80℃~95℃反应10~60分钟,补加引发剂,继续在80℃~95℃反应30~90分钟,待反应器内无回流,25℃下粘度达到50~500mPa.s后,加终止剂,降温,加入外交联剂,调节pH值至4~6,获得包装纸用施胶增强剂。制备的施胶增强剂同时具有增强和施胶的作用,可浆内添加,也可单独做表面施胶增强用。
Description
技术领域
本发明涉及一种包装纸用施胶增强剂的制备方法,属于高分子合成及造纸施胶剂和增强剂技术领域。
背景技术
据统计,2016年全国纸和纸板总产量为10855万吨,其中总产量中的65%采用废纸浆抄造,85%以上的纸和纸板都需要施胶。针对我国造纸原料主要采用废纸浆的现状,为了提高纸张产品质量,国内造纸企业普遍采用浆内添加干强剂、浆内施胶剂,或者浆内添加干强剂结合表面施胶的方法。但浆内添加的干强剂成本高,浆内施胶剂留着率低,表面施胶剂则需要和淀粉液配合使用,淀粉液需要现场熬制,淀粉液的粘度差异会影响施胶和增强效果。
目前,国内尚没有一款产品能兼具施胶和增强效果,既能用于浆内做增强剂和施胶剂,还可以单独使用作为表面施胶增强剂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提供一种包装纸用施胶增强剂的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:
包装纸用施胶增强剂的制备方法,特点是:将糊精加入去离子水中,搅拌升温溶解,通氮气,温度升至60~80℃,加入引发剂,反应10~30分钟;分别滴加疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液和引发剂水溶液,控制滴加时间20~90分钟,期间反应温度控制在65℃~95℃;滴毕,控制温度在80℃~95℃反应10~60分钟,补加引发剂,继续在80℃~95℃反应30~90分钟,待反应器内无回流,25℃下粘度达到50~500mPa.s后,加终止剂,降温,加入外交联剂,调节pH值至4~6,即制得包装纸用施胶增强剂。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述糊精与去离子水的质量比为1:2~5。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述疏水性单体混合物为(甲基)苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述(甲基)丙烯酸烷基酯为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述亲水性单体混合物溶液以水为溶剂,质量浓度在30%~60%,其中含有第一单体、第二单体、第三单体、分子量调节剂及pH调节剂,其中:
所述第一单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种的组合;
所述第二单体为二甲基二烯丙基氯化铵、(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺及其甲基氯、苄基氯季铵盐中的一种或多种的组合;
所述第三单体为衣康酸、(甲基)丙烯酸、富马酸(酐)、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、苯乙烯磺酸及其盐类中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述内交联单体溶液为羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述糊精、疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液的质量比为:20~60:20~70:25~60:0.005~3。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,引发剂总用量为施胶增强剂质量的0.1%~2.5%,其中第一次加入的引发剂的量占总用量的5%~50%,第二次加入的引发剂的量占总用量的20%~70%,第三次加入的引发剂的量占总用量的5%~30%。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、硝酸铈铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过氧化氢/硫酸亚铁、叔丁基过氧化氢中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述糊精为白糊精、黄糊精、英国胶、麦芽糊精、环糊精中的一种或多种的组合。
进一步地,上述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其中,所述外交联剂为硼酸、硼砂、乙二醛、戊二醛、硫酸铝、聚合氯化铝中的一种或多种的组合。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果,具体体现在以下方面:
①制备的包装纸用施胶增强剂,其分子链上的阳离子基团、酰胺基、醛基、羟基、羧基、磺酸基等可与纤维素分子之间产生离子键合、氢键和化学键结合,提高细小纤维留着率,在纸张干燥过程中,交联剂可将多个高分子链、纤维素分子串联起来,在纤维之间形成一张致密的大网,可大幅提高纸张环压强度和耐破度等;而分子链上的苯环、烷基等疏水基团,在纸张烘干过程中定向排列于纸页表面,降低纤维表面张力,同时,交联剂和高分子链、纤维羟基、羧基在干燥过程中发生交联反应,也降低了纤维亲水性,在疏水基团和交联剂的共同作用下,大幅度提高纸张疏水性,施胶效果优良;
②制备的施胶增强剂同时具有增强和施胶的作用,既可浆内添加,也可单独做表面施胶增强用,对硫酸铝依赖性小,对设备腐蚀性小,真正做到一助剂即可替代干强剂、浆内施胶剂、表面施胶剂、淀粉和硫酸铝多个助剂组合使用的目的,简化纸张生产工艺,提高生产效率,降低能耗;
③糊精为绿色环保可再生资源,来源丰富,接枝共聚后的施胶增强剂生物降解性好,绿色环保。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现详细说明具体实施方案。
包装纸用施胶增强剂的制备方法,将糊精加入去离子水中,糊精与去离子水的质量比为1:2~5,搅拌升温溶解,通氮气,温度升至60~80℃,加入引发剂,反应10~30分钟;分别滴加疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液和引发剂水溶液,控制滴加时间20~90分钟,期间反应温度控制在65℃~95℃;滴毕,控制温度在80℃~95℃反应10~60分钟,补加引发剂,继续在80℃~95℃反应30~90分钟,待反应器内无回流,25℃下粘度达到50~500mPa.s后,加终止剂,降温至30℃,加入外交联剂,调节pH值到4~6,即制得包装纸用施胶增强剂。
疏水性单体混合物为(甲基)苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合。(甲基)丙烯酸烷基酯为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或多种的组合。
亲水性单体混合物溶液以水为溶剂,质量浓度在30%~60%,其中含有第一单体、第二单体、第三单体、分子量调节剂及pH调节剂,其中:第一单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种的组合;
第二单体为二甲基二烯丙基氯化铵、(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺及其甲基氯、苄基氯季铵盐中的一种或多种的组合;
第三单体为衣康酸、(甲基)丙烯酸、富马酸(酐)、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、苯乙烯磺酸及其盐类中的一种或多种的组合。
内交联单体溶液为羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种的组合。
糊精、疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液的质量比为:20~60:20~70:25~60:0.005~3。
引发剂总用量为施胶增强剂质量的0.1%~2.5%,其中第一次加入的引发剂的量占总用量的5%~50%,第二次加入的引发剂的量占总用量的20%~70%,第三次加入的引发剂的量占总用量的5%~30%。引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、硝酸铈铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过氧化氢/硫酸亚铁、叔丁基过氧化氢中的一种或多种的组合。
糊精为白糊精、黄糊精、英国胶、麦芽糊精、环糊精中的一种或多种的组合。
外交联剂为硼酸、硼砂、乙二醛、戊二醛、硫酸铝、聚合氯化铝中的一种或多种的组合。外交联剂的用量为施胶增强剂质量的0.2%~20%。
终止剂为苯醌、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、硫代硫酸钠、次磷酸钠等中的一种或多种的组合,终止剂的用量为施胶增强剂质量的0.05%~2%。
pH调节剂为选自硫酸、盐酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺、三乙醇胺以及强酸弱碱盐或强碱弱酸盐中的一种或多种的组合,pH调节剂的用量为使最终产品的pH至4~6之间所需要的量。
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解,这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点,而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整,未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。另外,没有特殊说明时,组分的用量均为质量(份)和质量百分比(%),粘度值均为25℃下所测。
实施例1
所用主要原料及投料量参见下表:
向带有搅拌机、温度计、回流冷凝管及氮气导入管的反应釜中加入去离子水180份,在搅拌状态下缓慢加入麦芽糊精80份,搅拌升温,通氮气,升温至70℃,加入第一次引发剂5%过硫酸铵水溶液6份,反应15分钟,使麦芽糊精分子链活化产生自由基,然后同时分别滴加疏水单体混合液,亲水性单体混合溶液,内交联单体溶液和引发剂水溶液,其中,疏水单体混合液由苯乙烯30份,丙烯腈5份,丙烯酸丁酯15份组成,亲水性单体混合溶液由丙烯酰胺35份,甲基丙烯酸二甲氨基乙酯5份,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵5份(有效成分78%),丙烯酸2份,衣康酸0.5份,去离子水80份组成,内交联单体溶液由10%羟甲基丙烯酰胺水溶液5份,甲基丙烯酸羟乙酯2份组成,第二次引发剂5%过硫酸铵水溶液16份,60分钟滴完,滴加过程中温度控制在70℃~95℃之间,滴完后在80℃-95℃之间反应30分钟,加第三次引发剂5%过硫酸铵水溶液4份,继续在80℃-95℃之间反应40分钟,反应瓶内无单体回流,检测粘度为400mPa.s,加10%的次磷酸钠水溶液10份终止反应,降温至30℃,加外交联剂5%硼酸水溶液10份和32%硫酸铝水溶液30份,用氨水调节pH值至4.5,得到固含量为35.0%,粘度为310mPa.s的包装纸用施胶增强剂。
实施例2
所用主要原料及投料量参见下表:
向带有搅拌机、温度计、回流冷凝管及氮气导入管的反应釜中加入去离子水200份,在搅拌状态下缓慢加入白糊精40份,黄糊精20份,搅拌升温,通氮气,升温至65℃,加入第一次引发剂5%硫酸亚铁水溶液3份,10%过氧化氢水溶液5份,反应15分钟,使麦芽糊精分子链活化产生自由基,然后同时分别滴加疏水单体混合液,亲水性单体混合溶液,内交联单体溶液和引发剂水溶液,其中,疏水单体混合液由苯乙烯20份,丙烯腈15份,醋酸乙烯酯5份,丙烯酸丁酯15份组成,亲水性单体混合溶液由丙烯酰胺32份,甲基丙烯酸二甲氨基乙酯10份,丙烯酸1.5份,甲基丙烯酸1份,去离子水110份组成,内交联单体由丙烯酸羟乙酯2份,甲基丙烯酸缩水甘油酯1份组成,第二次引发剂10%过氧化氢水溶液20份,70分钟滴完,滴加过程中温度控制在65℃~95℃之间,滴完后在80℃-95℃之间反应30分钟,加第三次引发剂叔丁基过氧化氢0.5份,继续在80℃-95℃之间反应45分钟,反应瓶内无单体回流,检测粘度为320mPa.s,加5%的亚硫酸钠水溶液20份终止反应,降温至30℃,加外交联剂5%硼酸水溶液10份和40%乙二醛水溶液2份,用20%硫酸水溶液调节pH值至5.0,得到固含量为30.1%,粘度为230mPa.s的包装纸用施胶增强剂。
应用例1(浆内添加)
采用回收废纸箱作为原料进行疏解、打浆,叩解度达到36°SR后,加入3.0‰~6.0‰的包装纸用施胶增强剂(绝干/绝干浆)搅拌5分钟,用手抄片机制得定量110g/m2的手抄片,采用标准纸页压榨机压榨,经回转干燥机烘干后,在恒温恒湿条件下平衡24小时,测定其环压强度、耐破度和吸水值(Cobb60),结果如表1。
表1添加施胶增强剂的手抄片施胶和强度指标
应用例2(表面施胶涂布)
将实施例中的施胶增强剂用自来水稀释至固含量10%,对比例中的淀粉先熬制成固含量为10%,65℃下粘度为20mPa.s的淀粉液,然后再和苯丙表面施胶剂、硫酸铝混合均匀,用RK303自动涂布机涂布到定量为110份未施胶的瓦楞纸上,经回转干燥机烘干后,在恒温恒湿条件下平衡24小时,测定其环压强度、耐破度和吸水值(Cobb60),结果如表2。
表2施胶增强剂用于表面涂布时的施胶和强度指标
由上述实施例和应用例可知,本发明制备的施胶增强剂无论是应用于浆内施胶增强,还是表面涂布,均有良好的增强和施胶效果,且对硫酸铝无依赖性,减少了对设备的腐蚀,是一种使用方便、绿色环保的新产品。
综上所述,本发明制备的包装纸用施胶增强剂,其分子链上的阳离子基团、酰胺基、醛基、羟基、羧基、磺酸基等可与纤维素分子之间产生离子键合、氢键和化学键结合,提高细小纤维留着率,在纸张干燥过程中,交联剂可将多个高分子链、纤维素分子串联起来,在纤维之间形成一张致密的大网,可大幅提高纸张环压强度和耐破度等;而分子链上的苯环、烷基等疏水基团,在纸张烘干过程中定向排列于纸页表面,降低纤维表面张力,同时,交联剂和高分子链、纤维羟基、羧基在干燥过程中发生交联反应,也降低了纤维亲水性,在疏水基团和交联剂的共同作用下,大幅度提高纸张疏水性,施胶效果优良。
制备的施胶增强剂同时具有增强和施胶的作用,既可浆内添加,也可单独做表面施胶增强用,对硫酸铝依赖性小,对设备腐蚀性小,真正做到一助剂即可替代干强剂、浆内施胶剂、表面施胶剂、淀粉和硫酸铝多个助剂组合使用的目的,简化纸张生产工艺,提高生产效率,降低能耗;同时,糊精为绿色环保可再生资源,来源丰富,接枝共聚后的施胶增强剂生物降解性好,绿色环保。
需要说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施方式,并非用以限定本发明的权利范围;同时以上的描述,对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施,因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰,均应包含在申请专利范围中。
Claims (11)
1.包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:将糊精加入去离子水中,搅拌升温溶解,通氮气,温度升至60~80℃,加入引发剂,反应10~30分钟;分别滴加疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液和引发剂水溶液,控制滴加时间20~90分钟,期间反应温度控制在65℃~95℃;滴毕,控制温度在80℃~95℃反应10~60分钟,补加引发剂,继续在80℃~95℃反应30~90分钟,待反应器内无回流,25℃下粘度达到50~500mPa.s后,加终止剂,降温至20℃~60℃,加入外交联剂,调节pH值至4~6,即制得包装纸用施胶增强剂。
2.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述糊精与去离子水的质量比为1:2~5。
3.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述疏水性单体混合物为(甲基)苯乙烯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸烷基酯中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述(甲基)丙烯酸烷基酯为(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述亲水性单体混合物溶液以水为溶剂,质量浓度在30%~60%,其中含有第一单体、第二单体、第三单体、分子量调节剂及pH调节剂,其中:
所述第一单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种的组合;
所述第二单体为二甲基二烯丙基氯化铵、(甲基)丙烯酸二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙胺基乙酯、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺及其甲基氯、苄基氯季铵盐中的一种或多种的组合;
所述第三单体为衣康酸、(甲基)丙烯酸、富马酸(酐)、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、苯乙烯磺酸及其盐类中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述内交联单体溶液为羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述糊精、疏水性单体混合物、亲水性单体混合物溶液、内交联单体溶液的质量比为:20~60:20~70:25~60:0.005~3。
8.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:引发剂总用量为施胶增强剂质量的0.1%~2.5%,其中第一次加入的引发剂的量占总用量的5%~50%,第二次加入的引发剂的量占总用量的20%~70%,第三次加入的引发剂的量占总用量的5%~30%。
9.根据权利要求1或8所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、硝酸铈铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过氧化氢/硫酸亚铁、叔丁基过氧化氢中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述糊精为白糊精、黄糊精、英国胶、麦芽糊精、环糊精中的一种或多种的组合。
11.根据权利要求1所述的包装纸用施胶增强剂的制备方法,其特征在于:所述外交联剂为硼酸、硼砂、乙二醛、戊二醛、硫酸铝、聚合氯化铝中的一种或多种的组合。
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