CN108589404A - 一种造纸涂布用抗水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种造纸涂布用抗水剂，由锆盐与多元酸制备而成，抗水剂的pH为3.5‑10，抗水剂中ZrO2的固含量为9.3‑12.8％。本发明还涉及抗水剂的制备方法：(1)将多元酸与氨水或氢氧化铵溶液混合，控制反应温度，经过反应得到多元酸铵溶液；(2)取步骤(1)中多元酸铵溶液，加入锆盐，控制反应温度，搅拌混匀，经过反应得到反应液；(3)取步骤(2)中反应液，加入稳定剂，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。本发明的抗水剂产品具有较好的稳定性，不受pH影响，将其添加到纸张涂布涂料中，通过耐水性和吸水性试验证明该抗水剂具有较好耐水性。

Description

一种造纸涂布用抗水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种造纸涂布用抗水剂及其制备方法。
背景技术
在纸张涂布用涂料配方中主要成分是颜料和胶粘剂，还要加入能赋予产品特殊性能，或使加工操作正常进行的分散剂、抗水剂、润滑剂等。抗水剂作为涂料的组成部分，能减少颜料、胶黏剂干燥成膜后的水溶性，提高涂布纸的抗湿摩擦和拉毛强度，有效改善涂布纸的印刷适性，减少掉毛、掉粉等现象。当涂布纸用于彩色印刷时，要求其表面必须具有较好的耐湿摩擦性，而对于浸水标签纸、室外广告纸等特种防水或抗水涂布纸，为达到其表面防水或抗水的目的，除了在原纸中添加抗水性物质或强化内部施胶外，最根本直接的办法是在涂料中加入抗水剂，使纸面涂层获得良好的抗水性能。
早期多采用氨基甲醛类树脂作为抗水剂，其产品本身及使用过程中都有部分甲醛产生，对涂布作业、产品存放、使用环境有不良影响，此类产品逐渐被淘汰。为控制甲醛等有害物质的影响，造纸行业逐渐开始使用聚酰胺聚脲树脂(PAPU树脂)作为抗水剂，其具有无甲醛、综合使用成本低、熟化速度快等特点，但是其含有有机氯等致癌性化学物质残留，限制了其在某些高档食品包装及生活用纸方面的使用。
碳酸锆铵水溶液在60℃迅速分解，并以阴离子羟基化锆聚合物存在，对羟基、羧基等有机物具有较强的结合力。其在固化交联中无需加热，作为纸张涂料的交联剂，在涂料干燥过程中迅速固化，可节省大量热能，并能提高车速，增加产量。另外，其在高pH值下不失效，特别适合碳酸钙等弱碱性填料。但是碳酸锆铵粘度稳定性差，其稳定性再近中性及pH值＜7时下降，相对其他高固含量的抗水剂，成本较高，气味较重，因此使用并不广泛。针对上述问题本发明开发了一种造纸涂布用抗水剂及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种不受pH影响，在中性和酸性环境中具有较好稳定性的造纸涂布用抗水剂。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种造纸涂布用抗水剂，所述抗水剂由锆盐与多元酸制备而成，所述抗水剂的pH为3.5-10，所述抗水剂中ZrO2的固含量为9.3％-12.8％。
本发明要解决的另一技术问题是：提供一种不受pH影响，在中性和酸性环境中具有较好稳定性的造纸涂布用抗水剂的制备方法。
一种造纸涂布用抗水剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)在多元酸中加入氨水或氢氧化铵溶液，控制反应温度40-80℃，经过反应得到多元酸铵溶液；
(2)取步骤(1)中多元酸铵溶液，加入锆盐，搅拌混匀，控制反应温度40-60℃，经过反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入稳定剂，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
作为一种改进的技术方案，所述步骤(1)中多元酸为苹果酸、草酸、酒石酸中至少一种，所述多元酸与氨水或氢氧化铵的摩尔比为2-9:1-6。
作为一种改进的技术方案，所述步骤(2)中锆盐为氢氧化锆或氧氯化锆。
作为一种改进的技术方案，所述步骤(1)中多元酸为苹果酸、草酸和酒石酸的混合物，且所述苹果酸、草酸和酒石酸的摩尔比为1-3:1-2:2-3。
作为一种改进的技术方案，所述步骤(3)中的稳定剂为柠檬酸钠或柠檬酸钾，所述稳定剂的加入量为反应液重量的0.1％-0.2％。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明主要具有以下优点：
(1)本发明以多元酸和锆盐为反应原料，通过控制反应温度以及物料用量经过反应得到反应液与稳定剂混合得到的抗水剂产品在酸性环境中稳定性良好，而且提高了固含量，在实际使用中降低了使用成本；并且将本发明中的抗水剂添加到造纸涂布用涂料中，经过各项指标测试证明本发明抗水剂在造纸涂布应用中使纸张具有较好的耐水性能，并且涂布后的纸张具有优异的表面强度、耐磨湿擦性能和光泽度；
(2)本发明抗水剂的制备方法，制备工艺简单，易于实施和操控，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种造纸涂布用抗水剂，所述抗水剂由锆盐(氢氧化锆)与多元酸(苹果酸)制备而成，所述抗水剂的pH为5.8，所述抗水剂中ZrO2的固含量为9.3％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将297.98g，质量分数为90％的苹果酸溶液加入反应容器中，再加入210.3g，质量分数为25％的氢氧化铵溶液，控制反应温度42℃，经过1.5h反应得到苹果酸铵溶液；
(2)取步骤(1)中苹果酸铵溶液，加入500g氢氧化锆溶液(含有氧化锆20％)，控制反应温度40℃，搅拌混匀，经过2.5h反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入反应液重量0.1％的柠檬酸钠，搅拌混匀得到的溶液即为抗水剂产品。
实施例2
一种造纸涂布用抗水剂，由锆盐(氢氧化锆)与多元酸(草酸和酒石酸)制备而成，抗水剂的pH为6-7，抗水剂中ZrO2的固含量为9.8％。
制备方法包括以下步骤：
(1)将112.5g，质量分数为80％的草酸和375g，质量分数为80％的酒石酸加入到反应容器中，再加入304.7g，质量分数为23％的氢氧化铵溶液，控制反应温度70℃，经过1.5h反应得到草酸铵和酒石酸铵混合溶液；
(2)取步骤(1)中草酸铵和酒石酸铵的混合溶液，加入500g氢氧化锆(含有20％的氧化锆)，控制反应温度52℃，搅拌混匀，经过3h反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入反应液重量0.12％的柠檬酸钾，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
实施例3
一种造纸涂布用抗水剂，由锆盐(氢氧化锆)与多元酸(苹果酸、草酸和酒石酸)制备而成，抗水剂的pH为3.5-4.5，抗水剂中ZrO2的固含量为11.5％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将223.48g(质量分数为90％)苹果酸、168.83g(质量分数为80％)的草酸和469.03g(质量分数为80％)的酒石酸投入到反应容器中，再加入761.96g(质量分数为23％)的氢氧化铵溶液混合，控制反应温度68℃，经过2h反应得到苹果酸铵、草酸铵和酒石酸铵的混合溶液；
(2)取步骤(1)中苹果酸铵、草酸铵和酒石酸铵的混合溶液，加入500g氢氧化锆溶液(含氧化锆20％)，控制反应温度55℃，搅拌混匀，经过3.5h反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入反应液重量0.18％的柠檬酸钠，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
实施例4
一种造纸涂布用抗水剂，抗水剂由锆盐(氧氯化锆)与多元酸(苹果酸、草酸和酒石酸)制备而成，抗水剂的pH为4.8-5.5，抗水剂中ZrO2的固含量为12.8％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将446.97g(质量分数为90％)苹果酸、225.1g(质量分数为80％)的草酸和562.84g(质量分数为80％)的酒石酸投入到反应容器中，再加入914.35g(质量分数为23％)的氢氧化铵溶液混合，控制反应温度60℃，经过2.5h反应得到苹果酸铵、草酸铵和酒石酸铵的混合溶液；
(2)取步骤(1)中苹果酸铵、草酸铵和酒石酸铵的混合溶液，加入800g氧氯化锆溶液(含有氧化锆20％)，控制反应温度48℃，搅拌混匀，经过4h反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入反应液重量0.15％的柠檬酸钠，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
实施例5
一种造纸涂布用抗水剂，所述抗水剂由锆盐(氧氯化锆)与多元酸(苹果酸和草酸)制备而成，抗水剂的pH为9.5，所述抗水剂中ZrO2的固含量为10.8％。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将148.99g(质量分数为90％)苹果酸和112.55g(质量分数为80％)草酸投入到反应容器中，再加入457.17g(质量分数为23％)的氢氧化铵溶液混合，控制反应温度80℃，经过2h反应得到苹果酸铵和草酸铵的混合溶液；
(2)取步骤(1)中苹果酸铵和草酸铵的混合溶液，加入700g氧氯化锆溶液(含有氧化锆20％)，控制反应温度60℃，搅拌混匀，经过3.5h反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入反应液重量0.2％的柠檬酸钾，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
为了更好的证明本发明中的抗水剂具有较好的性能，将本发明的抗水剂与碳酸锆铵(对照组)分别按照每kg涂料中3-5g的用量添加到涂布纸张用的同一涂料配方中，按照中华人民共和国国家标准对白度、平滑度、表面强度、油墨吸收性、湿拉毛、湿排斥进行测试，测定结果见表1。
表1
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对照组
白度 90.5％ 90.6％ 90.4％ 90.7％ 90.6％ 88.3％
平滑度 808s 809s 810s 812s 811s 795s
表面强度 1.42m/s 1.43m/s 1.44m/s 1.46m/s 1.45m/s 1.25m/s
油墨吸收性 25％ 26％ 27％ 25％ 27％ 23％
湿排斥 4.7％ 4.8％ 4.9％ 5.2％ 5.1％ 3.5％
湿拉毛 0.6％ 0.5％ 0.4％ 0.4％ 0.6％ 0.3％
从表1可以得出，本发明的抗水剂，涂布后的纸张各项性能好于碳酸锆铵的抗水剂，涂布后的纸张具有优异的表面强度、耐磨湿擦性能和光泽度，具有广阔的应用前景。
为了证明本发明的抗水剂在酸性条件下具有较好的稳定性，将实施例中1-5中的抗水剂产品分别进行粘度测试，测定结果见表2。
表2
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
pH 5.8 6-7 3.5-4.3 4.8-5.5 9.5
粘度 120mpa.s 115mpa.s 135mpa.s 128mpa.s 105mpa.s
由表2测定结果可以得出，本发明的抗水剂产品，在酸性条件下其粘度优于碱性环境下，证明本发明的抗水剂在酸性环境下具有较好的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种造纸涂布用抗水剂，其特征在于：所述抗水剂由锆盐与多元酸制备而成，所述抗水剂的pH为3.5-10，所述抗水剂中ZrO2的固含量为9.3-12.8％。
2.一种如权利要求1所述造纸涂布用抗水剂的制备方法，其特征在于所述制备方法包括以下步骤：
(1)在多元酸中加入氨水或氢氧化铵溶液，控制反应温度40-80℃，经过反应得到多元酸铵溶液；
(2)取步骤(1)中多元酸铵溶液，加入锆盐，搅拌混匀，控制反应温度40-60℃，经过反应得到反应液；
(3)取步骤(2)中反应液，加入稳定剂，搅拌混匀得到的液体即为抗水剂产品。
3.根据权利要求2所述的一种造纸涂布用抗水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中多元酸为苹果酸、草酸、酒石酸中至少一种，所述多元酸与氨水或氢氧化铵的摩尔比为2-9:1-6。
4.根据权利要求2所述的一种造纸涂布用抗水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中锆盐为氢氧化锆或氧氯化锆。
5.根据权利要求3所述的造纸涂布用抗水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中多元酸为苹果酸、草酸和酒石酸的混合物，且所述苹果酸、草酸和酒石酸的摩尔比为1-3:1-2:2-3。
6.根据权利要求2所述的造纸涂布用抗水剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的稳定剂为柠檬酸钠或柠檬酸钾，所述稳定剂的加入量为反应液重量的0.1％-0.2％。
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