CN108532362A - 一种木质素施胶剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种木质素施胶剂，以及所述的木质素施胶剂的制备方法。所述木质素施胶剂是由木质素、碱、3‑氯‑2‑羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂共聚而成的水分散体。本发明所提供的木质素施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能的环保产品。该产品可与淀粉一起对瓦楞原纸进行表面施胶，不但能改善瓦楞纸的Cobb值，加快熟化速度，且能大幅度提高瓦楞纸的表面环压强度，能适应高强度瓦楞纸发展的需要；此外，本发明所提供的所述的木质素施胶剂的制备方法，使用造纸过程中产生的木质素作为起始原料，成本较低，操作步骤简单，适于大规模工业化生产。

Description

一种木质素施胶剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及造纸化学品制造领域，特别涉及一种木质素施胶剂，以及所述的木质素施胶剂的制备方法。

背景技术

目前，纸张，特别是瓦楞纸、板纸的发展趋势表现在以下几个方面：

1)正从高克重向低克重方向发展；

2)采用废纸代替木浆，但成纸的强度差，吸水值高；

3)由于内部施胶可变因素较多而导致的纸张质量不稳定、档次很难提高的问题，使得生产厂家少用或放弃内部施胶，采用表面施胶进行弥补的工艺成为流行趋势。

此外，用于上述表面施胶的施胶剂一般需要满足以下要求：a)提高环压强度；b)大幅降低Cobb值(吸水值)；c)熟化速度快，要求下机就熟。

市面上现有的表面施胶剂虽然能够在一定程度上提高瓦楞纸的环压强度，然而施胶剂用量过大，从而导致成本居高不下。例如，现有技术中的中国专利申请CN107034730 A公开了一种防潮快干型表面施胶剂，其干燥速度很快，但是其对于瓦楞纸的环压强度提高不大。

因此，亟需提供一种全新的瓦楞纸施胶剂，使其既能够大幅降低Cobb值，快速熟化，又能够显著提高瓦楞纸的环压强度。

发明内容

本发明旨在提供一种适于工业化生产的施胶剂合成工艺并制得一种新的瓦楞纸施胶剂，其不但可大幅降低Cobb值，基本实现下机就熟，而且能够在施胶剂用量不变的情况下大幅度提高瓦楞纸的环压强度。

因此，本发明第一方面提供了一种木质素施胶剂，其包含以下组分：木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水。实际上，所述木质素施胶剂是由木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂共聚而成的水分散体。该木质素施胶剂十分适用于瓦楞原纸的表面处理。

优选地，在上述木质素施胶剂中，各组分的重量份配比如下：

进一步优选地，在上述木质素施胶剂中，所述碱选自以下任一种或多种：氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化铵。

进一步优选地，在上述木质素施胶剂中，所述酸选自以下任一种或多种：盐酸、醋酸和稀硫酸。

进一步优选地，在上述木质素施胶剂中，所述阳离子单体选自以下任一种或多种：丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯，甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺。

进一步优选地，在上述木质素施胶剂中，所述(甲基)丙烯酸酯类单体选自以下任一种或多种：丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸异丁酯，丙烯酸叔丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸异辛酯。

进一步优选地，在上述木质素施胶剂中，所述引发剂选自以下任一种或多种：过氧化氢，过硫酸铵，过硫酸钠，叔丁基过氧化氢。

同时，本发明第二方面还提供了一种第一方面所述的木质素施胶剂的制备方法，其包括以下步骤：将木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水混合，在45～95℃的反应温度下累计反应3～10小时，共聚成水分散体，即得所述木质素施胶剂，其固含量为15～50wt％，pH＝1～7。

此外，值得补充说明的是，发明人将木质素进行阳离子改性、接枝聚合，出乎意料地获得的施胶剂能大幅度提高瓦楞纸的环压强度同时使得瓦楞纸的Cobb值明显下降。这可能由于在本发明对木质素进行改性过程中，木质素中亲水性的羟基被反应掉，同时接枝上的阳离子基团能与纤维表面大量的羟基及施胶液中淀粉的羟基结合，通过离子键结合，起到架桥的作用，从而提高细小纤维之间的作用力而增强瓦楞纸表观的环压强度，同时实现了纸张的Cobb值下降。

总之，本发明所提供的木质素施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能的环保产品。该产品可与淀粉一起对瓦楞原纸进行表面施胶，不但能改善瓦楞纸的Cobb值，加快熟化速度，且能大幅度提高瓦楞纸的表面环压强度，能适应高强度瓦楞纸发展的需要；此外，本发明所提供的所述的木质素施胶剂的制备方法，使用造纸过程中产生的木质素作为起始原料，成本较低，操作步骤简单，适于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

根据本发明第一方面的木质素施胶剂，包含以下组分：木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水。

在一个优选实施例中，所述木质素施胶剂的各组分的重量份配比如下：

在一个进一步优选的实施例中，所述碱选自以下任一种或多种：氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化铵。

在一个进一步优选的实施例中，所述酸选自以下任一种或多种：盐酸、醋酸和稀硫酸。

在一个进一步优选的实施例中，所述阳离子单体选自以下任一种或多种：丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯，甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺。

在一个进一步优选的实施例中，所述(甲基)丙烯酸酯类单体选自以下任一种或多种：丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸异丁酯，丙烯酸叔丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸异辛酯。

在一个进一步优选的实施例中，所述引发剂选自以下任一种或多种：过氧化氢，过硫酸铵，过硫酸钠，叔丁基过氧化氢。

根据本发明第二方面的木质素施胶剂的制备方法，包括以下步骤：将木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水混合，在45～95℃的反应温度下累计反应3～10小时，共聚成水分散体，即得所述木质素施胶剂。

实施例1

按照以下步骤制备木质素施胶剂①：

步骤A)：将20克苯乙烯，20克丙烯酸正丁酯，1克丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯混合均匀，备用；

步骤B)：将0.3克过硫酸铵溶解于10克去离子水中，备用；

步骤C)：在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入147.3克去离子水，10克氢氧化钾，100克木质素，完全溶解后升温至45℃，滴加5克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，滴加时间0.25小时，继续保温0.75小时；升温至70℃，加入1克盐酸；在70℃滴加步骤A)制得的混合单体，滴加时间1小时；同时滴加步骤B)制得的引发剂水溶液，滴加时间1小时；滴加结束后在70℃继续保温反应1小时，然后冷却至25℃，pH＝6.45；经100目滤网过滤，制得木质素施胶剂①，其固含量为49.79wt％。

实施例2

按照以下步骤制备木质素施胶剂②：

步骤A)：将100克甲基苯乙烯，100克丙烯酸异辛酯，100克甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺混合均匀，备用；

步骤B)：将10克过硫酸钠溶解于100克去离子水中，备用；

步骤C)：在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入2790克去离子水，40克氢氧化铵，100克木质素，完全溶解后升温至55℃，滴加40克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，滴加时间1小时，继续保温2小时；升温至95℃，加入20克稀硫酸；在95℃滴加步骤A)制得的混合单体，滴加时间3小时；同时滴加步骤B)制得的引发剂水溶液，滴加时间3小时；滴加结束后在95℃继续保温反应2小时，然后冷却至25℃，pH＝1.18；经100目滤网过滤，制得木质素施胶剂②，其固含量为15.28wt％。

实施例3

按照以下步骤制备木质素施胶剂③：

步骤A)：将60克甲基苯乙烯，50克甲基丙烯酸乙酯，50克甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺混合均匀，备用；

步骤B)：将6克过氧化氢溶解于100克去离子水中，备用；

步骤C)：在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入637.3克去离子水，20克氢氧化钠，100克木质素，完全溶解后升温至65℃，滴加20克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，滴加时间2小时，继续保温1小时；升温至85℃，加入10克醋酸；在85℃滴加步骤A)制得的混合单体，滴加时间1.5小时；同时滴加步骤B)制得的引发剂水溶液，滴加时间1.5小时；滴加结束后在85℃继续保温反应1小时，然后冷却至25℃，pH＝4.21；经100目滤网过滤，制得木质素施胶剂③，其固含量为30.32wt％。

实施例4

按照以下步骤制备木质素施胶剂④：

步骤A)：将10克甲基苯乙烯，20克苯乙烯，20克甲基丙烯酸异丁酯，20克甲基丙烯酸甲酯，30克甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺混合均匀，备用；

步骤B)：将4克过氧化氢溶解于100克去离子水中，备用；

步骤C)：在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入900克去离子水，25克氢氧化钠，100克木质素，完全溶解后升温至70℃，滴加15克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，滴加时间1小时，继续保温1小时；升温至80℃，加入6克醋酸；在80℃滴加步骤A)制得的混合单体，滴加时间2小时；同时滴加步骤B)制得的引发剂水溶液，滴加时间3小时；滴加结束后在80℃继续保温反应1小时，然后冷却至25℃，pH＝4.81；经100目滤网过滤，制得木质素施胶剂④，其固含量为20.26wt％。

实施例5

按照以下步骤制备木质素施胶剂⑤：

步骤A)：将40克甲基苯乙烯，30克苯乙烯，50克甲基丙烯酸叔丁酯，5克甲基丙烯酸丙酯，15克甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺混合均匀，备用；

步骤B)：将5克过氧化氢、2克叔丁基过氧化氢溶解于100克去离子水中，备用；

步骤C)：在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入360.5克去离子水，15克氢氧化钠，100克木质素，完全溶解后升温至60℃，滴加30克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，滴加时间1小时，继续保温0.5小时；升温至90℃，加入15克盐酸；在90℃滴加步骤A)制得的混合单体，滴加时间2.5小时；同时滴加步骤B)制得的引发剂水溶液，滴加时间2.5小时；滴加结束后在90℃继续保温反应1小时，然后冷却至25℃，pH＝2.95；经100目滤网过滤，制得木质素施胶剂⑤，其固含量为40.20wt％。

实施例6

以中国专利申请CN107034730A中记载的方法制备的施胶剂(其固含量为15wt％)作为对比例，以实施例1～5制得的木质素施胶剂①～⑤(用去离子水稀释至固含量15wt％)作为实验组，发明人还进行了一系列关键指标检测。

施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟后，降温至40℃，再分别加入对比例施胶剂与木质素施胶剂①～⑤(氧化淀粉(干)：施胶剂(湿)＝50：4)，再加水稀释至固含量8wt％。

在瓦楞纸上表面施胶的步骤包括：

将由对比例施胶剂、木质素施胶剂①～⑤制得的6种施胶液分别用10#涂布棒涂布于120克瓦楞原纸上，涂布量均为2g/m²，涂布后，分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出后，冷却至室温并测定Cobb值与环压强度。

Cobb值测定：采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的XSH型可勃吸收性测定仪并按GB/T 1540-1989方法检测待测纸样。

环压强度测定：采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的CT300A压缩强度测试仪检测待测纸样。

一般判定标准：Cobb值越小越好，环压指数越大越好。

具体地，检测结果如下表1所示：

表1 Cobb值与环压强度检测结果比较

通过分析上表数据可知，相较于对比例，依据实施例1～5制得的木质素施胶剂①～⑤能够显著提升纸张的环压强度且明显改善Cobb值，同时，在不同熟化时间下，施胶后的纸张的Cobb值、环压指数相差不大，并且熟化较快，满足实际需要。

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)

1.一种木质素施胶剂，其特征在于，包含以下组分：木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水。

2.根据权利要求1所述的木质素施胶剂，其特征在于，各组分的重量份配比如下：

3.根据权利要求2所述的木质素施胶剂，其特征在于，所述碱选自以下任一种或多种：氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化铵。

4.根据权利要求2所述的木质素施胶剂，其特征在于，所述酸选自以下任一种或多种：盐酸、醋酸和稀硫酸。

5.根据权利要求2所述的木质素施胶剂，其特征在于，所述阳离子单体选自以下任一种或多种：丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯，甲基丙烯酰胺丙基二甲基胺。

6.根据权利要求2所述的木质素施胶剂，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯类单体选自以下任一种或多种：丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸丙酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸异丁酯，丙烯酸叔丁酯，丙烯酸异辛酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸丙酯，甲基丙烯酸正丁酯，甲基丙烯酸异丁酯，甲基丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸异辛酯。

7.根据权利要求2所述的木质素施胶剂，其特征在于，所述引发剂选自以下任一种或多种：过氧化氢，过硫酸铵，过硫酸钠，叔丁基过氧化氢。

8.一种根据权利要求1所述的木质素施胶剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将木质素、碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、酸、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体、(甲基)苯乙烯、引发剂以及水混合，在45～95℃的反应温度下累计反应3～10小时，共聚成水分散体，即得所述木质素施胶剂。