CN109440527A - 一种造纸湿部添加的助效剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：将酰胺用纯水溶解，然后加入具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类、具有阳离子性质的不饱和单体、以及具有交联作用的不饱和单体，搅拌均匀，然后加入pH调节剂将溶液的pH值调节至5.5～7.0，将溶液升温到30～80℃后，加入反应抑制剂、分子量调节剂和多元复合催化剂，进行共聚反应1～3h，然后进入到陈化反应工序，向溶液中加入熟化剂，陈化后，即得所述造纸湿部添加的助效剂。本发明的助效剂能有效提高增干强剂的性能发挥，辅助提高助留助滤效率，降低白水浊度，且对其他助剂无干扰，使湿部化学平衡趋于稳定，降低干扰物质对湿部化学助剂的破坏。

Description

一种造纸湿部添加的助效剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种造纸湿部添加的助效剂及其制备方法。
背景技术
湿部化学一词是造纸工业专用的一个技术名词，它主要论述造纸浆料中的各种组分(如纤维、水、填料、化学助剂等)在造纸机网部滤水、留着、成形以及在白水循环过程中产生的相互间反应与作用的规律。其反应结果直接影响到造纸机的运行是否正常及纸产品的最终质量状况。造纸湿部化学助剂主要包括两类：①功能性化学品，例如：增干强剂、增湿强剂、施胶剂、填料和色料等；②过程化学品，例如：助留剂、助滤剂、消泡剂和防腐剂等。
近年来，造纸方面的诸多发展促进了湿部化学过程控制的进步，湿部化学过程控制的改进为造纸工业带来了许多效益。湿部化学过程控制最主要的任务是控制吸附过程和凝聚过程。由于针叶木资源的缺乏，阔叶木和草类原料的使用量不断增加，废纸的回收利用率越来越高，导致浆料中的微细组分含量增加。加上世界范围的水资源短缺和防止污染的要求，使得造纸用水必须封闭循环。而且，造纸生产规模的扩大、产品质量要求的不断提高及环境敏感性的增加，均对造纸湿部化学有重要影响。即使仅考虑白水封闭循环，增干强机、杀菌剂、助留剂和其他化学助剂的效能也会受到挑战，因为不断增加的纸浆水溶性抽出物、电解质的累积以及来自损纸和废纸的胶黏剂和多糖类物质，对上述化学助剂均有破坏作用。在这种情况下，湿部化学平衡变得复杂，干扰物质对湿部化学助剂的破坏，使成纸的性能下降。为解决上述问题，如何降低干扰物质对湿部化学助剂的破坏，提高湿部化学助剂的性能发挥，使湿部化学平衡趋于稳定，以及提高成纸的质量是本发明的目的。为实现上述目的，本发明提供了一种能有效降低上述负面影响的造纸湿部添加的助效剂，该助效剂能有效降低干扰物质对湿部化学助剂的破坏，提高增干强剂的性能发挥，辅助提高助留助滤效率，还可降低白水浊度，且对其他助剂无干扰，使湿部化学平衡趋于稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法。该助效剂为一种相对低分子量低粘度的聚合物，用于造纸时的湿部添加，能有效提高增干强剂的性能发挥，以及辅助提高助留助滤效率，降低白水浊度，同时对其他助剂无干扰。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将占总重量3.0％～20.0％的酰胺用纯水溶解；
(2)将占总重量1.0％～10.0％的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类加入步骤(1)的溶液中；
(3)将占总重量5.0％～26.0％的具有阳离子性质的不饱和单体加入步骤(2)的溶液中；
(4)将占总重量0.001％～3.0％的具有交联作用的不饱和单体加入步骤(3)的溶液中；
(5)将步骤(4)得到的溶液混合均匀后，加入pH调节剂将溶液的pH值调节至5.5～7.0；
(6)将步骤(5)得到的溶液升温到30～80℃后，加入反应抑制剂、分子量调节剂和多元复合催化剂，进行共聚反应1～3h；
(7)进入到陈化反应工序，向步骤(6)得到的溶液中加入熟化剂，陈化后，即得所述造纸湿部添加的助效剂。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中的酰胺的使用量为总重量的7.0％～14.0％，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类的使用量为总重量的2.0％～5.0％，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体的使用量为总重量的16.0％～25.0％，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体的使用量为总重量的0.01％～0.1％。
作为本发明所述制备方法的最优选实施方式，所述步骤(1)中的酰胺的使用量为总重量的9％，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类的使用量为总重量的4％，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体的使用量为总重量的21.5％，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体的使用量为总重量的0.06％。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中的酰胺选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲胺丙烯丙烯酰胺、氯化丙烯丙烯酰胺基三甲铵中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的进一步优选实施方式，所述步骤(1)中的酰胺为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的进一步优选实施方式，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类为甲基丙烯酸、丙烯酸中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、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、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的进一步优选实施方式，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体为二甲基二烯丙基氯化铵。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体选自N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的进一步优选实施方式，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体为选N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基双丙烯酰胺中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(5)中的pH调节剂为碱金属氢氧化物。优选地，所述碱金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷中的至少一种。最优选地，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的反应抑制剂的使用量为总重量的0.0001％～2.0％。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的反应抑制剂为醌酚类、多烷基酚中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的分子量调节剂的使用量为总重量的0.0001％～2.0％。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的分子量调节剂为醇类、烷基硫醇中的至少一种。优选地，所述醇类为异丙醇、乙二醇中的至少一种。更优选地，所述醇类为乙二醇。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的多元复合催化剂的使用量为总重量的0.0001％～5.0％。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(6)中的多元复合催化剂为氧化-还原引发体系，其中，氧化体系为过硫酸盐或过氧化物，还原体系为酸性亚硫酸盐、硫代硫酸盐、抗坏血酸、硫酸亚铁中的至少一种。
优选地，所述过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸铵及其钠盐中的至少一种。更优选地，所述过硫酸盐为过硫酸铵。
优选地，所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化苯甲酰、水溶性偶氮类中的至少一种。
优选地，所述还原体系为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、L-抗坏血酸、硫酸亚铁中的至少一种。更优选地，所述还原体系为亚硫酸氢钠。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(7)中的熟化剂的使用量为总重量的0.001％～5.0％。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(7)中的熟化剂为还原剂类的化合物。优选地，所述还原剂类的化合物选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、二乙醇胺、三乙醇胺、叔胺类有机胺中的至少一种。更优选地，所述还原剂类的化合物为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(7)中陈化的时间为2～6h。
此外，本发明的目的还在于提供一种造纸湿部添加的助效剂，其由本发明前述制备方法制备得到。
本发明所述造纸湿部添加的助效剂的分子结构中含有丰富的支链、微网络结构、一定密度的阴、阳电荷分布以及丰富的极性基团。造纸浆料悬浮液中，除了含有一定长度的纤维浆料之外，还含有细小纤维、阴离子垃圾、电解质、填料、以及湿部添加的各种化学助剂等。而本发明所述助效剂分子链上的羟基、羧基和胺基等极性基团能与纤维表面上的羟基和羧基形成氢键结合，从而提高纤维的强度(纤维约80％的强度是由氢键结合产生)。此外，所述助效剂的分子之间也能形成氢键结合，同时，所述助效剂分子链上的阳离子基团也能与纤维上的阴离子基团及增干强剂上的阴离子基团形成静电结合，从而促进增干强剂在纤维上的吸附。所述助效剂分子链上的阴离子基团通过溶液中的电解质(铝、钙、镁等离子)与纤维形成静电结合，所述助效剂分子中的微网络结构对细小纤维起到架桥和缠绕等作用，从而进一步提高纤维和填料等的留着率，同时提高网部滤水的速度，改善纸张均匀度，使纤维间及纤维与高分子之间的结合点增加。
使用时，需对湿部已添加的化学品的性质和作用进行了解，并测得湿部环境的电导率(电解质多少的一个表征)和PCD值(颗粒电荷值)等状态参数，从而确定本发明所述助效剂的添加量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过对助效剂的分子结构进行设计，以及对其分子量进行控制，使助效剂的分子主链上具有不同的离子基团和不同的离子基团分布率。从而使该助效剂能有效提高增干强剂的性能发挥，辅助提高助留助滤效率，降低白水浊度，且对其他助剂无干扰，使湿部化学平衡趋于稳定，降低干扰物质对湿部化学助剂的破坏。本发明的助效剂更适用于高电导率、高细小纤维含量的造纸系统，可大幅降低造纸生产成本，提高经济效益，减轻造纸废水的处理压力。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
以下为具体实施例。
实施例1
本实施例1提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
在1000L的反应釜中，加入52.5kg的丙烯酰胺，用421.6kg纯水溶解，然后依次加入19.2kg的丙烯酸、270.7kg浓度为60％的二甲基二烯丙基氯化铵和0.4kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，然后加入浓度为30wt％的氢氧化钠溶液约35.6kg，将pH值调至6.5，然后将溶液升温至60℃，在此条件下加入8.0g多烷基酚、50g乙二醇，搅拌均匀后加入80g过硫酸铵和10g亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应3h后，进入到陈化反应工序，在陈化反应过程中加入200g亚硫酸钠，陈化3h后，计量包装，成品为粘稠透明液体。
实施例2
本实施例2提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
在1000L的反应釜中，加入96.0kg的丙烯酰胺，用458.7kg纯水溶解，然后依次加入19.2kg的丙烯酸、190.1kg浓度为60％的二甲基二烯丙基氯化铵和0.4kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，然后加入浓度为30wt％的氢氧化钠溶液约35.6kg，将pH值调至6.5，然后将溶液升温至60℃，在此条件下加入8.0g多烷基酚、50g乙二醇，搅拌均匀后加入80g过硫酸铵和10g亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应3h后，进入到陈化反应工序，在陈化反应过程中加入200g亚硫酸钠，陈化4h后，计量包装，成品为粘稠透明液体。
实施例3
本实施例3提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
在1000L的反应釜中，加入60.8kg的丙烯酰胺，用422.1kg纯水溶解，然后依次加入27.2kg的丙烯酸、239.5kg浓度为60％的二甲基二烯丙基氯化铵和0.4kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，然后加入浓度为30wt％的氢氧化钠溶液约50.3kg，将pH值调至6.5，然后将溶液升温至60℃，在此条件下加入8.0g多烷基酚、50g乙二醇，搅拌均匀后加入80g过硫酸铵和10g亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应3h后，进入到陈化反应工序，在陈化反应过程中加入200g亚硫酸钠，陈化4h后，计量包装，成品为粘稠透明液体。
实施例4
本实施例4提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
在1000L的反应釜中，加入24.0kg的丙烯酰胺，用401.6kg纯水溶解，然后依次加入72kg的丙烯酸、293.3kg浓度为60％的二甲基二烯丙基氯化铵和0.8kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，然后加入浓度为30wt％的氢氧化钠溶液调pH值至5.5，然后将溶液升温至60℃，在此条件下加入8.0g多烷基酚、50g乙二醇，搅拌均匀后加入80g过硫酸铵和10g亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应3h后，进入到陈化反应工序，在陈化反应过程中加入200g亚硫酸钠，陈化2h后，计量包装，成品为粘稠透明液体。
实施例5
本实施例5提供一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其包括如下步骤：
在1000L的反应釜中，加入160.0kg的丙烯酰胺，用511.6kg纯水溶解，然后依次加入8.0kg的丙烯酸、120.0kg浓度为60％的二甲基二烯丙基氯化铵和0.4kg的N,N-二甲基双丙烯酰胺，搅拌均匀，然后加入浓度为30wt％的氢氧化钠溶液调pH值至5.5，然后将溶液升温至60℃，在此条件下加入8.0g多烷基酚、50g乙二醇，搅拌均匀后加入80g过硫酸铵和10g亚硫酸氢钠引发聚合，聚合反应3h后，进入到陈化反应工序，在陈化反应过程中加入200g亚硫酸钠，陈化6h后，计量包装，成品为粘稠透明液体。
测试实施例1～5的助效剂的协同效果：
湿部添加的助效剂的效果检测使用的是回收废纸，废纸经过磨桨等工序制成一定浓度的纸桨使用，使用实验室的循环白水抄片(实验室白水的细小纤维含量约0.13％，PCD为-487ueq/L，电导率为2000～3000us/cm)。加药顺序和协同效果如表1所示。
表1助效剂的协同效果(白水的电导率为2800us/cm)
从表1的结果可知，添加本发明的助效剂后，增干强剂和助留剂的效能均有所提高，且对耐折和耐破也有一定的帮助，协同效果明显。说明本发明的助效剂能有效降低干扰物质对湿部化学助剂的破坏，提高增干强剂和助留剂的性能发挥，有助于车速的提高，减轻造纸废水的处理压力，从而降低造纸生产成本，提高经济效益，以及提高成纸的质量。根据上述数据显示，在此抄造条件下，实施例3的助效剂的助效效果最好，说明在高电导率条件下，具有阳离子性质或阴离子性质的不饱和单体所占比例越高未必效果越好，需根据具体抄造系统的平衡条件而定。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种造纸湿部添加的助效剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将占总重量3.0％～20.0％的酰胺用纯水溶解；
(2)将占总重量1.0％～10.0％的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类加入步骤(1)的溶液中；
(3)将占总重量5.0％～26.0％的具有阳离子性质的不饱和单体加入步骤(2)的溶液中；
(4)将占总重量0.001％～3.0％的具有交联作用的不饱和单体加入步骤(3)的溶液中；
(5)将步骤(4)得到的溶液混合均匀后，加入pH调节剂将溶液的pH值调节至5.5～7.0；
(6)将步骤(5)得到的溶液升温到30～80℃后，加入反应抑制剂、分子量调节剂和多元复合催化剂，进行共聚反应1～3h；
(7)进入到陈化反应工序，向步骤(6)得到的溶液中加入熟化剂，陈化后，即得所述造纸湿部添加的助效剂。
2.如权利要求1所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的酰胺的使用量为总重量的7.0％～14.0％，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类的使用量为总重量的2.0％～5.0％，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体的使用量为总重量的16.0％～25.0％，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体的使用量为总重量的0.01％～0.1％。
3.如权利要求2所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的酰胺的使用量为总重量的9.1％，所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类的使用量为总重量的4.1％，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体的使用量为总重量的21.5％，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体的使用量为总重量的0.06％。
4.如权利要求1～3任一项所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的酰胺选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、二甲胺丙烯丙烯酰胺、氯化丙烯丙烯酰胺基三甲铵中的至少一种；
所述步骤(2)中的具有阴离子性质的不饱和单体或其酯类选自丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的至少一种。
5.如权利要求1～3任一项所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的具有阳离子性质的不饱和单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、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、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵中的至少一种。
6.如权利要求1～3任一项所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的具有交联作用的不饱和单体选自N-羟甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种。
7.如权利要求1所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中的pH调节剂为碱金属氢氧化物；优选地，所述碱金属氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷中的至少一种。
8.如权利要求1所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中的反应抑制剂的使用量为总重量的0.0001％～2.0％；优选地，所述反应抑制剂为醌酚类、多烷基酚中的至少一种；
所述步骤(6)中的分子量调节剂的使用量为总重量的0.0001％～2.0％；优选地，所述分子量调节剂为醇类、烷基硫醇中的至少一种；
所述步骤(6)中的多元复合催化剂的使用量为总重量的0.0001％～5.0％；优选地，所述多元复合催化剂为氧化-还原引发体系，其中，氧化体系为过硫酸盐或过氧化物，还原体系为酸性亚硫酸盐、硫代硫酸盐、抗坏血酸、硫酸亚铁中的至少一种；优选地，所述过硫酸盐选自过硫酸钾、过硫酸铵及其钠盐中的至少一种；优选地，所述过氧化物选自过氧化氢、过氧化苯甲酰、水溶性偶氮类中的至少一种。
9.如权利要求1所述的助效剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中的熟化剂的使用量为总重量的0.001％～5.0％；优选地，所述熟化剂为还原剂类的化合物；优选地，所述还原剂类的化合物选自亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、二乙醇胺、三乙醇胺、叔胺类有机胺中的至少一种。
10.一种造纸湿部添加的助效剂，其特征在于，由如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到。
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