CN109679026A - 一种乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法，该方法包括：(1)将淀粉和水在反应釜中配制成淀粉乳液，加热至40‑50℃，加入碱性物质，反应一段时间；(2)加入阳离子醚化剂，继续反应一段时间，得阳离子改性淀粉溶液；(3)将阳离子改性淀粉溶液调节pH至酸性后，加入改性单体、引发剂、络合剂和水，加热，进行接枝共聚反应，得乳液型改性淀粉干强剂。本发明乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，通过对淀粉进行处理后在与改性单体进行接枝共聚，制备的乳液型改性淀粉干强剂，少量添加即可有效改善纸张性能，相比于传统干强剂具有明显的优势和更广阔的应用前景。

Description

一种乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及干强剂改性领域，尤其涉及一种乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法。
背景技术
纸是人们生活工作中用量很大，且不可或缺的一种材料，干强剂是造纸过程中一种不可或缺的添加剂。顾名思义，干强剂能够提高纸张的干强度，其中主要是提高纸张的耐折指数、耐破指数、环压强度、内结合强度、抗张强度和助留助滤性能。许多天然高分子都可以作为干强剂来使用，这些高分子上的官能团能够与纸张纤维形成氢键进而结合在纸的表面，增强纸的性能。其中淀粉就是一种多羟基的天然高分子化合物，这就使得淀粉能够与纸张纤维之间形成氢键而紧密结合，从而增强纸的相关性能，且价格低廉，因而被广泛的使用。
淀粉型干强剂在造纸工业中应用较早，且用量较大。但是在实际的应用中，天然淀粉由于表面呈现电中性，与纸张纤维之间的结合力较弱，因此少量添加所起的作用并不明显，而添加量过大后又会影响纸张的其他性能，得不偿失。对其进行阳离子化后，虽然性能得到提升，但是用量加大后依然存在导致纸机过阳离子化，操作不便，其他性能受损的风险，如用量加大后助留效果变差，耐盐性差，且不利于纸机的操作。因此对淀粉及其改性产物进行进一步的改性处理，增强它与纸张纤维之间的结合力，改善离子特性，达到少量添加起到良好效果的目的就成为了目前研究的热点。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法。
本发明提供的乳液型改性淀粉干强剂及其制备方法，采用无乳化剂乳液聚合法将淀粉、阳离子醚化剂、碱性物质混合后制备阳离子淀粉，之后加入改性单体、引发剂进行接枝共聚改性，制得此种乳液型干强剂。
本发明意在尽可能在保证环保和低成本的基础上对这些问题加以解决，在淀粉干强剂的基础上添加一些改性剂，采用无乳化剂法制备出一种新型的乳液型干强剂，通过此种方法既保留了淀粉干强剂的优势，又弥补了其不足，且与纯聚合物干强剂相比又具有成本低的优势，由此可见此种干强剂在未来的造纸行业中必将得到的广泛的应用，发挥重要的作用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将淀粉和水在反应釜中配制成淀粉乳液，加热至40-50℃，加入碱性物质，反应一段时间；
(2)加入阳离子醚化剂，继续反应一段时间，得阳离子改性淀粉溶液；
(3)将阳离子改性淀粉溶液调节pH至酸性后，加入改性单体、引发剂、络合剂和水，加热进行接枝共聚反应，得乳液型改性淀粉干强剂。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，各组分的重量份数如下：
进一步优选地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，各组分的重量份数如下：
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，水的用量没有特别限定，本领域技术人员应能根据各组分的分散混合情况、溶液聚合的充分性以及最终产品的固含量需要进行调节。优选的，水的用量为120-500份。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、藕粉、土豆淀粉以及豆类淀粉中的一种或多种组合。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述改性单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丁基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸、富马酸、衣康酸、马来酸酐、甲基丙烯腈、各种阳离子丙烯酰胺类单体中的一种或多种组合。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)，3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵(GTA)、十二烷基二甲基环氧丙基氯化铵中的一种。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化苯甲酰、偶氮类引发剂和过碳酸盐中的一种或或多种组合。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述络合剂为氨三乙酸钠(NTA)、乙二胺四乙酸盐(EDTA二钠或四钠)、二乙烯三胺五羧酸盐(DTPA)、酒石酸、庚糖酸盐、葡萄糖酸钠、海藻酸钠、乙二胺四甲叉磷酸钠(EDTMPS)、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐(DETPMPS)、胺三甲叉磷酸盐中的一种或或多种组合。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，步骤(1)中所述淀粉乳液的浓度为15-30wt％，加入碱性物质后维持温度在30-60℃反应0.5-2h。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，步骤(2)中加入阳离子醚化剂后维持温度在50-90℃反应1-4h。
进一步地，在所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法中，步骤(3)中所述接枝共聚反应的温度控制在60-100℃之间，时间2-6h。
本发明的第三个方面是提供一种如上述所述方法制备的乳液型改性淀粉干强剂。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，通过对淀粉进行处理后在与改性单体进行接枝共聚制备出一种新型的乳液型干强剂；通过对改性单体的种类以及添加量的控制，制备出不同种类和性能的新型干强剂；通过引入改性单体，使得两者能够有机结合，优势互补，明显改善单一种类干强剂的性能，弥补了不足，且便于在实际的生产中使用；采用本发明方法制得的乳液型干强剂，少量添加即可有效改善纸张性能，相比于传统干强剂具有明显的优势和更广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
将30份木薯淀粉与150份的水加入反应釜中配制成淀粉乳液，搅拌下升温至40℃，之后加入9份20％的氢氧化钠溶液反应1h。然后加入1份3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)，之后升温到55℃，并维持温度继续反应1h。加入硫酸将pH调节至酸性，继续升温至70℃，给反应釜通入氮气，搅拌下滴入由5份丙烯酰胺、0.5份过硫酸铵、1.5份的EDTA和35份水组成的混合溶液，滴加时间控制在1.5h。滴加完成后，继续反应2h。然后降温结束反应，出料即得乳液型改性淀粉干强剂。
实施例2
将30份玉米淀粉与150份的水加入反应釜中配制成淀粉乳液，搅拌下升温至50℃，之后加入12份20％的氢氧化钠溶液反应1h。然后加入1份3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)，之后升温到55℃，并维持温度继续反应1h。加入硫酸将pH调节至酸性，继续升温至80℃，给反应釜通入氮气，搅拌下滴入由8份N-异丁基丙烯酰胺、0.5份过硫酸铵、1.5份的EDTA和50份水组成的混合溶液，滴加时间控制在1.5h。滴加完成后，继续反应2h。然后降温结束反应，出料即得乳液型改性淀粉干强剂。
实施例3
将40份玉米淀粉与200份的水加入反应釜中配制成淀粉乳液，搅拌下升温至50℃，之后加入16份20％的氢氧化钠溶液反应1.5h。然后加入2份2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)，之后升温到55℃，并维持温度继续反应2h。加入硫酸将pH调节至酸性，继续升温至80℃，给反应釜通入氮气，搅拌下滴入由8份N-异丁基丙烯酰胺、0.5份过硫酸钠、1.5份的DTPA和50份水组成的混合溶液，滴加时间控制在1.5h。滴加完成后，继续反应3h。然后降温结束反应，出料即得乳液型改性淀粉干强剂。
实施例4
将50份藕粉与250份的水加入反应釜中配制成淀粉乳液，搅拌下升温至50℃，之后加入17.5份20％的氢氧化钠溶液反应1h。然后加入4份十二烷基二甲基环氧丙基氯化铵，之后升温到60℃，并维持温度继续反应3h。加入硫酸将pH调节至酸性，继续升温至85℃，给反应釜通入氮气，搅拌下滴入由8份N-苯基丙烯酰胺、1份过硫酸铵、2份的EDTMPS和55份水组成的混合溶液，滴加时间控制在1.5h。滴加完成后，继续反应3h。然后降温结束反应，出料即得乳液型改性淀粉干强剂。
对比例1
将30份木薯淀粉与150份的水加入反应釜中配制成淀粉液乳，搅拌下升温至80℃糊化4h。之后降温出料得糊化淀粉。
对比例2
将30份木薯淀粉与150份的水加入反应釜中配制成淀粉乳液，搅拌下升温至60℃，之后加入9份20％的氢氧化钠溶液反应1h。然后加入1份3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)，之后升温到55℃，并维持温度继续反应1h。加入硫酸将pH调节至酸性，出料得阳离子淀粉干强剂。
上述各实施例和对比例的基本指标如表1所示：
表1产品指标
注：粘度、pH均为25℃测定。
应用实施例
取各实施例和对比例的干强剂分别进行如下应用实验：
将干强剂加水稀释到1％备用，准备好纸浆，将稀释好的干强剂添加入纸浆中，添加量12kg/t。将纸浆搅拌均匀，抄片，晾干后进行各项强度测试。结果如下表2所示：
表2添加各干强剂样品的手抄片纸样指标
通过与对比例的应用对比结果看：使用本发明方法制备的乳液型改性淀粉干强剂在添加量为12kg/t时，纸张的环压强度、耐破度、耐折次数均明显优于对比样品，与单纯的淀粉和阳离子淀粉相比，使用本发明制备的干强剂，能够达到少量添加、效果明显的目的，且与纯的高分子聚合物干强剂相比，成本又较低。可见本发明相较于其他类型的干强剂具有明显的优势。
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 (10)

1.一种乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将淀粉和水在反应釜中配制成淀粉乳液，加热至40-50℃，加入碱性物质，反应一段时间；
(2)加入阳离子醚化剂，继续反应一段时间，得阳离子改性淀粉溶液；
(3)将阳离子改性淀粉溶液调节pH至酸性后，加入改性单体、引发剂、络合剂和水，加热，进行接枝共聚反应，得乳液型改性淀粉干强剂。
2.根据权利要求1所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，各组分的重量份数如下：
3.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、藕粉、土豆淀粉以及豆类淀粉中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述改性单体选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丁基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸、富马酸、衣康酸、马来酸酐、甲基丙烯腈、各种阳离子丙烯酰胺类单体中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子醚化剂选自3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵(CTA)、2，3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)，3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵(GTA)、十二烷基二甲基环氧丙基氯化铵中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化环己酮、过氧化苯甲酰、偶氮类引发剂和过碳酸盐中的一种或或多种组合。
7.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述络合剂为氨三乙酸钠(NTA)、乙二胺四乙酸盐(EDTA二钠或四钠)、二乙烯三胺五羧酸盐(DTPA)、酒石酸、庚糖酸盐、葡萄糖酸钠、海藻酸钠、乙二胺四甲叉磷酸钠(EDTMPS)、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐(DETPMPS)、胺三甲叉磷酸盐中的一种或或多种组合。
8.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾。
9.根据权利要求1或2所述的乳液型改性淀粉干强剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述淀粉乳液的浓度为15-30wt％，加入碱性物质后维持温度在30-60℃反应0.5-2h；步骤(2)中加入阳离子醚化剂后维持温度在50-90℃反应1-4h；步骤(3)中所述接枝共聚反应的温度控制在60-100℃之间，时间2-6h。
10.一种如权利要求1-9任一项所述方法制备的乳液型改性淀粉干强剂。
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