CN108676147A - 一种环氧丙烯酸酯湿强剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种环氧丙烯酸酯湿强剂的制备方法,其特征在于:在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入环氧树脂E51和0.4~0.5重量份阻聚剂,缓慢升温至70℃,然后加入丙烯酸和催化剂,随后升温至90~100℃,当酸值小于5mgKOH/g停止反应;降低至70℃,然后加入45~55重量份顺丁烯二酸酐,升温至80~85℃,当酸值小于5mg KOH/g,反应停止,降温至40℃~45℃;加无水乙醇,再缓慢加入固体NaOH调整pH至6~7;继续搅拌下,缓慢加入去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种环氧丙烯酸酯湿强剂的制备方法。
背景技术
湿强度是指,在一定时间中,将纸张放到水中润湿后得到的纸张强度。普通纸被润湿后,只能保持其原来干强度的2%-10%左右。由于纸浆纤维具有高度的亲水性,易吸水,当纸与水接触时,在水的作用下,自身的平衡结构被破坏,因而使其湿强度比干强度明显降低。对于某些纸或纸板,因对湿强度有较高的要求,普通纸张自身的强度无法满足需求,就需在纸浆中加入一些增强纸张湿强度的添加剂,所加入的物质为增湿强剂。
通常纸的湿强度以纸的湿强度(干纸再湿后的强度)对干强度的比率来表示,强度性质常用抗张强度来表示。通过添加湿强剂,生产出保留50%以上干抗张强度的湿强纸是可能的。但大多数种类的湿强纸,当用水浸透后只能保留20%-40%的干抗张强度。某些种类的纸,例如卫生纸,如果他们不含湿强剂就可能一点湿强度都没有,因此,如果这类纸被浸透后能够保留10%-20%的干抗张强度,也被认为是湿强纸。
常见的湿强剂有聚乙烯亚胺(PEI)、脲醛树脂(UF)、聚酸胺环氧氯丙烷树脂(PAE)等,均具有良好的湿强效果,同时也存在一些缺点,如脲醛树脂(UF)和三聚氰胺甲醛树脂(MF),虽使用时间最早,但由于其含有游离甲醛,污染环境,限制其应用,近年来被各国禁用;PAE 湿强效果好,各国对其需求量与日俱增,但其价格昂贵,损纸不易降解,含有致癌物质有机氯等缺点;双醛淀粉(DAS)使用时间较早,但有对环境造成很大污染的碘化物排放,使用量趋于降低。
如今,传统湿强剂已不能满足人们的需要,为了更好地提高纸质,满足需求,各种新型湿强剂产品种类层出不穷。鉴于环保的要求,并考虑到湿部化学因素,如纸浆的接受性、pH值、固化温度、与其它助剂的相溶性、单程留着率、均匀分布性和抗干扰物的能力等,开发无污染高效湿强剂是今后势在必行的发展趋势。
现有新型环保交联体系多为与纤维反应型的交联体系,利用这些交联体系的新型湿强剂仍未商品化,是因为他们还各有缺点,如成本高、固化温度太高、使纸发脆等、固含低等。因此,这些新型环保交联体系还需深入研究,如向天然原料移植降低成本,改进聚合工艺增加分子量,开发可实用的工艺,研究再制浆性能等。
聚苯乙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯湿强剂可以替代现有的湿强剂,从而满足社会对环保的要求,乃至提高湿强剂的效能,减少湿强剂制备的成本。
环氧丙烯酸双酯是由丙烯酸与环氧树脂的 2 个环氧基团开环环酯化环酯化反应制得的酯化反应制得的。环氧树脂分子结构中存在着三元环的环氧基,具有很强的开环能力和特殊的电子云分布,其反应活性很高。环氧基的电子云分布使其既具有亲电性又具有亲核性,亲核试剂容易攻击环上的 Cδ+,亲电试剂容易攻击氧原子,两种试剂都能引起环氧基的开环反应。另外,由于三元环内键角为 60o左右,比正常键角 109o小得多,起张力大,容易开环,所以,环氧基具有很高的反应活性,它与氨基、羧基、羟基、酸酐等能进行反应。
环氧基与羧基一般在常温下不反应,需要在 100℃左右加热才能反应,这个反应可以被叔胺、季胺盐等碱性催化剂促进反应。在酸性条件下,叔胺、季铵盐等亲核试剂容易攻击碳正离子,发生开环反应,反应开始只有羧基对环氧基开环的酯化反应,当羧基被全部反应之后,碱性催化剂就会使羟基与环氧基发生醚化反应。在碱性催化剂存在下,环氧基与羟基的反应可在较低的温度下进行。
合成反应中主要反应是环氧基团与丙烯酸的开环酯化反应,但还可能发生丙烯酸的自聚反应以及丙烯酸与环氧树脂中的羟基的酯化反应等副反应,副反应的发生会影响合成环氧丙烯酸双酯最终性能,甚至导致实验失败。
由上述可知,环氧丙烯酸双酯合成反应中除了存在环氧基团与丙烯酸的开环酯化反应,还存在多种副反应,其中丙烯酸的自聚反应会导致碳碳双键损失,甚至爆聚成高分子产物,而环氧丙烯酸酯的自聚反应、环氧基与羟基醚化反应,不仅会影响反应速率,而且会使体系黏度增大,最终不利于反应进行,因此原料配比及反应条件的控制十分重要。
环氧树脂是合成环氧丙烯酸酯的主要原料,不同的环氧树脂其分子量、环氧值等不一样,所以不同的环氧树脂直接影响到 环氧丙烯酸双酯双键的含量及其性能,同时也会影响到环氧丙烯酸双酯顺丁烯二酸酐加成物的羧基含量,从而进一步影响最终产物的水溶性。双酚 A 型环氧树脂是来源最为方便、价格便宜的环氧树脂之一。
环氧值越大,环氧树脂的黏度越大,也就意味分子量越大,从传统湿强剂的角度来看,分子量越大,交联效果越好,但本发明基于自由基聚合的这一原理,就要求合成环氧丙烯酸酯含有双键量越多越好,才有利于环氧丙烯酸酯在纸页中自由基聚合反应,同时在后阶段水溶改性当中也需要有相当量的羟基,这就要求有较多的环氧基与丙烯酸反应引入足够双键和羟基。另外,分子量越大,软化点越高,黏度太大,不利于均匀反应。所以,本发明选择了环氧树脂 E-51 作为合成环氧丙烯酸酯的原料。
中国专利CN201710250573.3公开了一种环保型交联改性PAE造纸高增湿强剂的制备方法。制备方法步骤如下:(1)将二乙烯三胺、三聚氰胺和催化剂浓硫酸搅拌混合,然后加入己二酸,在高温下反应,最后降温,得到中间体聚酰胺多胺预聚体;(2)将聚乙烯醇溶液和阳离子醚化剂在碱催化作用下制得阳离子改性聚乙烯醇;(3)在聚酰胺多胺预聚体溶液中,加水稀释,并缓慢滴加环氧氯丙烷,反应后再进行升温反应,加入阳离子改性聚乙烯醇进行反应,然后加入水和醛类交联剂进行升黏反应,待达到预设黏度,加入硫酸和水终止反应。本发明所述的造纸湿强剂,其优点在于得到的湿强剂能够很好的提高纸张的湿强度,并且氯丙醇的残留量较市售产品大幅降低。
中国专利CN201710236177.5公开了一种湿强剂的生产方法。它包括以下步骤:A、将聚酰胺多胺环氧氯丙烷溶液、十二烷基硫酸钠、亚麻酸、单十二烷基磷酸酯钾、多乙烯多胺、氨基磺酸钠、丙二醇进行混合搅拌,搅拌时间为2-3小时;B、将上述混合搅拌物加入水混合,混合时的温度为85-95℃,在65-85℃下在均质机中进行均质3-5小时;C、均质后,将溶液冷却至室温,滴加pH调节剂,制备得到湿强剂。采用上述的方法后,使各种成分能够充分混合反应,生产过程中添加了合理的成分,使其稳定性较好,不但使其生产过程中不会产生有害物质,避免了对环境的污染和对人体的伤害,而且还可以减少生产的成本,另外在生产过程中合理控制了反应温度和时间获得了使其能够提高纸张质量。
中国专利CN201610990425.0公开了一种造纸湿强剂的制备方法,属于湿强剂制备技术领域。本发明首先利用无水乙醇对壳聚糖进行溶胀处理后,再利用马来酸酐和磷酸对其进行改性,得到改性壳聚糖,再将其与异氰酸酯反应,得到壳聚糖聚合物,壳聚糖聚合物中的羟基和氨基可以与纸张中的纤维素形成氢键,并且能够在纤维素间架桥、成膜,增强纸张湿强度和抗撕裂强度,接着利用甲基苯磺酰氯等物质进行改性羟丙基瓜尔胶,得到改性瓜尔胶,最后将其与壳聚糖聚合物浓缩液等物质进行混合陈化,得到造纸湿强剂。本发明解决了传统湿强剂不能提高纸张的湿强度和抗撕裂性能问题,大大提高了纸张的湿强度和抗撕裂性能,可扩大化生产。
作为造纸湿强剂,不仅要能在纸页当中能够交联形成网络结构,保护纤维间氢键,同时需要湿强剂能够均匀的分散在浆料中,并具有一定的电荷,才能有效的吸附在纤维表面。但环氧树脂与丙烯酸的反应产物本身不具水溶性,也不带有电荷,所以需要先对其进行乳化才能使用,而更好的方法是对环氧树脂与丙烯酸的反应产物进行水溶改性,我们用顺丁烯二酸酐对其进行水溶改性,改性后的环氧丙烯酸酯具有较好的水溶性,并带有一定量电荷,就能较均匀附着在纤维上。
发明内容
为了实现上述目的,本发明的技术是这样实现的:一种环氧丙烯酸酯湿强剂的制备方法,其特征在于:在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入100~105重量份环氧树脂E51和0.4~0.5重量份阻聚剂,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸35~40重量份和0.8~1.2重量份的催化剂,随后升温至 90~100℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至 70℃,再加入0.4~0.5重量份阻聚剂、0.8~1.2重量份的催化剂充分搅拌,然后加入45~55重量份顺丁烯二酸酐,升温至 80~85℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 40℃~45℃;加20~30重量份无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至6~7;继续搅拌下,缓慢加入200~250重量份去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂;
所述的催化剂为 N,N-二甲基乙醇胺;
所述的阻聚剂为对苯二酚。
实施例:
实施例1
在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入100kg环氧树脂E51和0.4kg对苯二酚,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸35kg和0.8kg的N,N-二甲基乙醇胺,随后升温至 90℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至 70℃,再加入0.4kg对苯二酚、0.8kg的N,N-二甲基乙醇胺充分搅拌,然后加入45kg顺丁烯二酸酐,升温至 80℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 40℃;加20kg无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至6;继续搅拌下,缓慢加入200kg去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
实施例2
在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入105kg环氧树脂E51和0.5kg对苯二酚,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸40kg和1.2kg的N,N-二甲基乙醇胺,随后升温至 100℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至70℃,再加入0.5kg对苯二酚、1.2kg的N,N-二甲基乙醇胺充分搅拌,然后加入55kg顺丁烯二酸酐,升温至 85℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 45℃;加30kg无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至7;继续搅拌下,缓慢加入250kg去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
实施例3
在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入100kg环氧树脂E51和0.5kg对苯二酚,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸40kg和0.8kg的N,N-二甲基乙醇胺,随后升温至 100℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至70℃,再加入0.4kg对苯二酚、1.2kg的N,N-二甲基乙醇胺充分搅拌,然后加入45kg顺丁烯二酸酐,升温至 85℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 40℃;加30kg无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至6;继续搅拌下,缓慢加入250kg去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
实施例4
在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入105kg环氧树脂E51和0.4kg对苯二酚,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸35kg和1.2kg的N,N-二甲基乙醇胺,随后升温至 90℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至 70℃,再加入0.5kg对苯二酚、0.8kg的N,N-二甲基乙醇胺充分搅拌,然后加入55kg顺丁烯二酸酐,升温至 80℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 45℃;加20kg无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至7;继续搅拌下,缓慢加入200kg去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
实施例5
在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入102kg环氧树脂E51和0.45kg对苯二酚,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸38kg和1.0kg的N,N-二甲基乙醇胺,随后升温至 95℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至 70℃,再加入0.47kg对苯二酚、1.1kg的N,N-二甲基乙醇胺充分搅拌,然后加入50kg顺丁烯二酸酐,升温至 83℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g,反应停止,降温至 43℃;加25kg无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至7;继续搅拌下,缓慢加入235kg去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂。
Claims (1)
1.一种环氧丙烯酸酯湿强剂的制备方法,其特征在于:在带有搅拌器和加热、冷却夹套的反应釜中加入100~105重量份环氧树脂E51和0.4~0.5重量份阻聚剂,充分搅拌,缓慢升温至 70℃,然后加入丙烯酸35~40重量份和0.8~1.2重量份的催化剂,随后升温至 90~100℃,进行保温,每半个小时测一次酸值,当酸值小于 5mg KOH/g 停止反应;降低至 70℃,再加入0.4~0.5重量份阻聚剂、0.8~1.2重量份的催化剂充分搅拌,然后加入45~55重量份顺丁烯二酸酐,升温至 80~85℃,进行保温,每隔半个小时测一次酸值,当酸值小于5mg KOH/g,反应停止,降温至 40℃~45℃;加20~30重量份无水乙醇,继续搅拌,再缓慢加入固体 NaOH调整pH至6~7;继续搅拌下,缓慢加入200~250重量份去离子水,得到环氧丙烯酸酯湿强剂;
所述的催化剂为 N,N-二甲基乙醇胺;
所述的阻聚剂为对苯二酚。
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