CN111234100A - 一种纸张增强剂的制备方法及其在造纸中的应用 - Google Patents

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Abstract

由于国内废纸在回收过程中存在的弊端，导致造纸企业所用二次纤维原料的质量大幅度下降，而由纤维自身强度来提供纸张的物理强度性能的某些指标，尤其是耐破环压出现大幅度下降，导致原纸品质下降，给后续原纸加工和应用带来极大影响，为了解决上述问题，本发明从现在造纸企业面临的实际问题出发，经过不断研究探索，提出了一种纸张增强剂的制备方法及其在造纸中的应用，使用全二次国废的抄纸条件下，交联型阳离子聚丙烯酰胺增强剂对纸张耐破增强效果依然十分出色，所述的交联型阳离子聚丙烯酰胺增强剂是由(甲基)丙烯酰胺(a)，阳离子单体(b)，链转移剂(c)，铝化合物(d)在引发剂(e)条件下通过聚合反应获得。

Description

一种纸张增强剂的制备方法及其在造纸中的应用
技术领域
本发明涉及造纸化学品领域，较为具体的，涉及到一种纸张增强剂的制备方法及其在造纸中的应用。
背景技术
受国家环保和进口废纸管理等多方面政策调控的影响，国内造纸企业所用的生产原料逐渐转向于国内废纸，由于国内废纸在回收过程中存在的弊端，导致造纸企业所用二次纤维原料的质量大幅度下降，而由纤维自身强度来提供纸张的物理强度性能的某些指标，尤其是耐破环压出现大幅度下降，导致原纸品质下降，给后续原纸加工和应用带来极大影响。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明从现在造纸企业面临的实际问题出发，经过不断研究探索，提出了一种纸张增强剂的制备方法及其在造纸中的应用，使用全二次国废的抄纸条件下，交联型阳离子聚丙烯酰胺增强剂对纸张耐破增强效果依然十分出色，所述的交联型阳离子聚丙烯酰胺增强剂是由(甲基)丙烯酰胺(a)，阳离子单体(b)，链转移剂(c)，铝化合物(d)在引发剂(e)条件下通过聚合反应获得。
一种纸张增强剂的制备方法，具体包括如下步骤：
将(甲基)丙烯酰胺单体(a)和阳离子单体(b)按照摩尔比1:0.2～0.6混合，(甲基)丙烯酰胺单体(a)和阳离子单体(b)共同组成A，加入一定量的去离子水，调整A组分的质量浓度为18％，再加入A组分总质量份的0.3～1.0％的链转移剂(c)，混合搅拌均匀后，然后升温到80℃，当温度稳定后滴加相当于混合反应液总质量份的20％的铝化合物(d)和相当于混合反应液总质量份的1～3％引发剂(e)水溶液引发反应，其中引发剂(e)水溶液的滴加时间为2.5～3.0小时，将整个体系控制反应温度为80±2℃，滴加结束后，继续在80℃的条件下保温1～1.5小时，保温结束后，加入一定量的去离子水，调整整个体系含量为15％，降温至30℃以下结束反应，用100目的滤网过滤，放料。
进一步的，(甲基)丙烯酰胺单体(a)，选自丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺及其衍生物，这些可以单独使用也可以混合使用，从实际效果出发优选丙烯酰胺。
进一步的，阳离子单体(b),可以选自烯丙基胺，烯乙基胺，二烷基胺基丙烯酸酯及它们的季铵盐或酸盐，包括但不限于丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、丙烯酸二甲氨基乙酯甲基硫酸季盐，丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐、丙烯二甲胺基乙酯硫酸盐，丙烯酸二甲胺基乙酯盐酸盐，二烷基胺基烷基丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺和它们的季盐或酸盐，例如丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基硫酸季盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺硫酸盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺盐酸盐，上述部分可以单独使用也可以混合使用，从对纸张增强效果出发优选二烷基胺基丙烯酸酯，优选二甲基二烯丙基氯化铵。
进一步的，链转移剂(c),具体可以分成有机物和无机物两大类，有机物类的可以列举(1)巯基类的硫脲、巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、硫代乳酸、硫代甘油、硫代苹果酸等；(2)甲基烯丙基类的烯丙醇、烯丙基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠等；(3)胺类的羟胺、乙醇胺、二甲胺等。无机物类的可以列举：甲酸钠，次磷酸钠等，从本发明的聚合单体出发，优选甲酸钠。
进一步的，铝化物(d)，具体可以列举硫酸铝，氯化铝，聚合氯化铝，本发明中优选硫酸铝。
进一步的，引发剂(e),可以列举如自由基引发剂，具体可以列举过氧化物类和偶氮类。过氧化物类引发剂又可分为有机过氧化物和无机过氧化物类，有机过氧化物，具体可以列举如过氧化甲酰，过氧化乙酰，异丁基过氧化物，过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸异丙酯、过氧化二碳酸异丁酯、过氧化二碳酸仲丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸戊酯、过氧化苯甲酸叔丁酯等。
进一步的，无机过氧化物类可以列举：过硫酸钠、过氧化钾、过硫酸铵等过硫酸盐，过氧化氢，溴酸钾，溴酸钠，过硼酸钠，过硼酸铵，过碳酸钠，过碳酸铵、过磷酸钠、过磷酸铵等。
进一步的，偶氮类化合物，可以列举：偶氮双异丁腈、偶氮双(2-甲基丙脒)及其盐等。
进一步的，以上聚合引发剂可以单独使用或者混合使用，但优选列举过硫酸盐，具体优选过硫酸铵。
本发明的有益效果：本发明能够对使用全国废抄造的纸张耐破提升效果显著，主要是因为本发明采用铝离子作为特殊的结构助剂，和阳离子聚丙酰胺发生反应产生互穿型网状结构，铝离子的加入也进一步提高了聚合物的阳离子密度，这就使得该聚合物对目前使用全国废抄纸条件下所带来的阴离子垃圾和其他胶黏物杂质具有很强的抗干扰能力，从而达到优良的使用效果。
具体实施方式
具体实施案例1：
向1L的备有搅拌器、温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、氮气导入管的三口烧瓶中，加入去离子水257g，丙烯酰胺(50％质量分数)93.6g，二甲基二烯丙基氯化铵(60％质量分数)39g，甲酸钠0.21g,混合搅拌均匀，在恒压漏斗Ⅰ中载入由0.71g的过硫酸铵和40g水组成的引发剂水溶液。恒压漏斗Ⅱ中载入46.8g的硫酸铝(30％质量分数)，搅拌均匀后，开始升温，当温度达到80℃时，且温度稳定后，开始滴加引发剂水溶液和硫酸铝，引发剂水溶液和硫酸铝的滴加时间均为3小时，控制整个滴加温度在80±2℃，引发剂滴加完成后，在80℃条件下保温1.5小时，保温结束后，将温度降低至30℃，加入154g的去离子水，调节固形物含量为15％，搅拌混合均匀后，用100目的滤网过滤，放料，得到聚合物产品S1。
具体实施案例2：
向1L的备有搅拌器、温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、氮气导入管的三口烧瓶中，加入去离子水415g，丙烯酰胺(50％质量分数)93.6g，二甲基二烯丙基氯化铵(60％质量分数)106g，甲酸钠0.33g,混合搅拌均匀，在恒压漏斗Ⅰ中载入由1.1g的过硫酸铵和40g水组成的引发剂水溶液。恒压漏斗Ⅱ中载入73.8g的硫酸铝(30％质量分数)，搅拌均匀后，开始升温，当温度达到80℃时，且温度稳定后，开始滴加引发剂水溶液和硫酸铝，引发剂水溶液和硫酸铝的滴加时间均为3小时，控制整个滴加温度在80±2℃，引发剂滴加完成后，在80℃条件下保温1.5小时，保温结束后，将温度降低至30℃，加入157g的去离子水，调节固形物含量为15％，搅拌混合均匀后，用100目的滤网过滤，放料，得到聚合物产品S2。
具体实施案例3：
向1L的备有搅拌器、温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、氮气导入管的三口烧瓶中，加入去离子水332g，丙烯酰胺(50％质量分数)93.6g，二甲基二烯丙基氯化铵(60％质量分数)71g，甲酸钠0.27g,混合搅拌均匀，在恒压漏斗Ⅰ中载入由0.89g的过硫酸铵和40g水组成的引发剂水溶液。恒压漏斗Ⅱ中载入59.6g的硫酸铝(30％质量分数)，搅拌均匀后，开始升温，当温度达到80℃时，且温度稳定后，开始滴加引发剂水溶液和硫酸铝，引发剂水溶液和硫酸铝的滴加时间均为3小时，控制整个滴加温度在80±2℃，引发剂滴加完成后，在80℃条件下保温1.5小时，保温结束后，将温度降低至30℃，加入g的去离子水120g，调节固形物含量为15％，搅拌混合均匀后，用100目的滤网过滤，放料，得到聚合物产品S3。
其中制品S1～S3的物化性能指标如表1所示
制品编号 粘度(mPa·s) 固含(％) PH
S1 1450 15.3 3.6
S2 1620 15.2 3.5
S3 1500 15.0 3.2
抄片评估实验
将如上实施例1～4中的得到的制品S1、S2和S3按照如下方式进行抄片，并测试成品纸张的物性。
取用某厂提供的芯层全国废纸浆，设定纸张的定量为120g/m2，整个抄片过程使用的是KFR半自动抄片器，在抄片的过程中依次加入阳离子淀粉2.5Kg，AKD中性施胶剂3Kg,自制品按照20Kg和40Kg的量加入，硫酸铝1.2Kg(上述用量均相当于纤维绝干)用网下白水稀释，纸片抄造好后，放入鼓式烘缸上105℃条件下烘干，烘干后恒温恒湿24小时，对纸张的基重、耐破度进行测试。耐破度的测试方法参见GB/T13024—2003《纸耐破度的测定》。纸张的基重、耐破度的测试数据如下表所示：
Figure BDA0002428095910000041
Figure BDA0002428095910000051
说明：
(1)样品中的产品S1、产品S2和产品S3为实施例1～3的制备出来的产品。
(2)用量kg/t的含义是样品与成品纸张的质量比。
(3)定量根据GB/T 13024-2003测定
(4)耐破指数根据GB/T 13024-2003测定
(5)耐破平均指数为两组数据平均值
从上面测试数据来看，本发明的水溶性交联型阳离子聚丙烯酰胺添加剂，在使用全国废废纸浆抄造的条件下对纸张的耐破指数的增强效果良好。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种纸张增强剂的制备方法，具体包括如下步骤：
将(甲基)丙烯酰胺单体(a)和阳离子单体(b)按照摩尔比1:0.2～0.6混合，(甲基)丙烯酰胺单体(a)和阳离子单体(b)共同组成A，加入一定量的去离子水，调整A组分的质量浓度为18％，再加入A组分总质量份的0.3～1.0％的链转移剂(c)，混合搅拌均匀后，然后升温到80℃，当温度稳定后滴加相当于混合反应液总质量份的20％的铝化合物(d)和相当于混合反应液总质量份的1～3％引发剂(e)水溶液引发反应，其中引发剂(e)水溶液的滴加时间为2.5～3.0小时，将整个体系控制反应温度为80±2℃，滴加结束后，继续在80℃的条件下保温1～1.5小时，保温结束后，加入一定量的去离子水，调整整个体系含量为15％，降温至30℃以下结束反应，用100目的滤网过滤，放料。
2.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：(甲基)丙烯酰胺单体(a)选自丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺及其衍生物中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：阳离子单体(b)包括丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、丙烯酸二甲氨基乙酯甲基硫酸季盐，丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐、丙烯二甲胺基乙酯硫酸盐，丙烯酸二甲胺基乙酯盐酸盐，二烷基胺基烷基丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺和它们的季盐或酸盐，例如丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵、二甲基氨基丙基丙烯酰胺甲基硫酸季盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺硫酸盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺盐酸盐，烯丙基胺，烯乙基胺，二烷基胺基丙烯酸酯及它们的季铵盐或酸盐中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：链转移剂(c),具体可以分成有机物和无机物两大类，有机物类的包括巯基类的硫脲、巯基乙醇、巯基乙酸、巯基丙酸、硫代乳酸、硫代甘油、硫代苹果酸；甲基烯丙基类的烯丙醇、烯丙基磺酸钠、甲基烯丙基磺酸钠等；胺类的羟胺、乙醇胺、二甲胺等；无机物类的包括甲酸钠，次磷酸钠等。
5.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：铝化物(d)选自硫酸铝，氯化铝，聚合氯化铝。
6.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：引发剂(e),选自过氧化甲酰，过氧化乙酰，异丁基过氧化物，过氧化特戊酸叔丁酯、过氧化二碳酸异丙酯、过氧化二碳酸异丁酯、过氧化二碳酸仲丁酯、过氧化异丙基单碳酸叔丁酯、过氧化异丙基单碳酸戊酯、过氧化苯甲酸叔丁酯等。
7.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：无机过氧化物类选自过硫酸钠、过氧化钾、过硫酸铵等过硫酸盐，过氧化氢，溴酸钾，溴酸钠，过硼酸钠，过硼酸铵，过碳酸钠，过碳酸铵、过磷酸钠、过磷酸铵等。
8.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：偶氮类化合物选自偶氮双异丁腈、偶氮双(2-甲基丙脒)及其盐等。
9.如权利要求1所述的纸张增强剂的制备方法，其特征在于：以上聚合引发剂可以单独使用或者混合使用。
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