CN113355947A - 用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液及其制备方法和纸 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液及其制备方法和纸，该烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，其中，高分子生物聚合物包括疏水基团，且高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％‑0.045％。通过上述方式，本申请中的烯基琥珀酸酐乳液稳定性和疏水性较好，以能够使纸张不易吸水，而有利于纸浆施胶的进行，且不易水解，能够有效提高烯基琥珀酸酐在纸浆中的纤维上的留着率，从而能够有效提升相应造纸机的运行性能、产品质量及产量，相应纸浆处理的成本也较低。

Description

用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液及其制备方法和纸
技术领域
本申请涉及造纸技术领域，特别是涉及一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液及其制备方法和纸。
背景技术
在造纸工业中，通常需要在纸浆中添加化学品进行处理，称为浆内施胶，以使相应得到的成品纸具有抗流体渗透的性能。而这类化学品通常具有亲水性基团和疏水基团，以在纤维表面使外侧定向为疏水基团，从而赋予成品纸疏水性和抗流体渗透性，且通过浆内施胶可提高纸张抗水、抗油、抗印刷油墨等性能。
烯基琥珀酸酐(简称ASA)是一种反应性的浆内施胶剂。ASA施胶的优点是在纸机干燥过程中能够完全熟化，以克服AKD(烷基烯酮二聚体)施胶下机后不能完全熟化，而导致施胶度低的缺点。而ASA在造纸湿部应用之前还必须在造纸厂现场乳化，以在其乳化后，才能与纸浆均匀混合，从而均匀分布于纤维表面。该乳化过程赋予油滴以阳电荷，这将有助于增加乳液稳定性以及改善ASA在纤维上的留着率和施胶效率。
常用的ASA乳化剂有阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺或表面活性剂，或者以上任意两种或两种以上的混合物。然而，阳离子淀粉作为ASA乳化剂时，造纸厂除需要配备额外的糊化、稀释设备之外，还必须使用高剪切的乳化设备，才能制备出合格的ASA乳液。为了提高乳化剂的乳化能力，增加乳液的稳定性，有的ASA供应商还加入了适量的传统低分子表面活性剂。但低分子表面活性剂容易向纸张表面迁移，而使纸张易吸水，对施胶造成不利影响。且常用的阳离子淀粉做乳化剂进行ASA乳化后，其乳液易于水解。ASA水解产物容易在脱水元件、成形网、毛布和压榨辊等处形成沉积，影响纸张脱水和成形，严重时会引起造纸机湿部断头次数的增加，降低造纸机的运行性能、产品质量及产量。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液及其制备方法和纸，以解决现有的烯基琥珀酸酐乳液或会使纸张易吸水，对施胶造成不利影响；或易于水解，而影响纸张的脱水和成形，严重时会引起纸机湿部断头次数的增加，降低纸机的运行性能、产品质量及产量的问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其中，该烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，其中，高分子生物聚合物包括疏水基团，且高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％。
其中，高分子生物聚合物的电荷为(9*105)-(16*105)ueq/L。
其中，烯基琥珀酸酐乳液中的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物的乳化比例为(1-1.3)：1。
其中，高分子生物聚合物的粘度为100-300cps。
其中，烯基琥珀酸酐的粘度与高分子生物聚合物的粘度相同。
其中，高分子生物聚合物的pH值为4-6。
其中，高分子生物聚合物是由马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉中的至少一种聚合而成。
其中，高分子生物聚合物的粒径为0.4-0.6μm。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是，提供一种烯基琥珀酸酐乳液的制备方法，其中，该烯基琥珀酸酐乳液的制备方法包括：将设定配比的烯基琥珀酸酐与高分子生物聚合物混合；其中，高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％；对混合后的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物进行搅拌，以乳化后，得到烯基琥珀酸酐乳液。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种纸，其中，该纸是在纸浆中加入如上任一项所述烯基琥珀酸酐乳液进行处理后制得。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请中的烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，而其中的高分子生物聚合物包括疏水基团，而使得烯基琥珀酸酐乳液具有较好的稳定性和疏水性，以能够使相应纸张不易吸水，有利于纸浆施胶的进行，也使得烯基琥珀酸酐乳液不易水解，因而有效避免了烯基琥珀酸酐水解产物在脱水元件、成形网、毛布和压榨辊等处形成沉积，而影响纸张的脱水和成形，且该高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％，而较高的氮含量也能够有效提高烯基琥珀酸酐在纸浆中的纤维上的留着率，从而能够有效提升相应造纸机的运行性能、产品质量及产量，相应纸浆处理的成本也较低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请烯基琥珀酸酐乳液制成后放置0min时的粒径变化示意图；
图2是本申请烯基琥珀酸酐乳液制成后放置60min后的粒径变化示意图；
图3是本申请烯基琥珀酸酐乳液的制备方法一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在造纸工业中，通常需要在纸浆中添加化学品进行处理，称为浆内施胶，以使相应得到的成品纸具有抗流体渗透的性能。而这类化学品通常具有亲水性基团和疏水基团，以在纤维表面使外侧定向为疏水基团，从而赋予成品纸疏水性和抗流体渗透性，且通过浆内施胶可提高纸张抗水、抗油、抗印刷油墨等性能。
其中，烯基琥珀酸酐(简称ASA)便是一种反应性的浆内施胶剂。ASA施胶的优点是在纸机干燥过程中能够完全熟化，以克服AKD(烷基烯酮二聚体)施胶下机后不能完全熟化，而导致施胶度低的缺点。而ASA在造纸湿部应用之前还必须在造纸厂现场乳化，比如，在ASA中添加乳化剂，以将其乳化后，也即配制得到相应的ASA乳液后，才能与纸浆均匀混合，从而均匀分布于纤维表面。该乳化过程赋予油滴以阳电荷，这将有助于增加乳液稳定性以及改善ASA在纤维上的留着率和施胶效率。
据此，本申请提供一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，该烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，其中，高分子生物聚合物包括疏水基团，且高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％。
需要指出的是，该烯基琥珀酸酐(ASA)和高分子生物聚合物均为液态状，因而无需配备额外的糊化、稀释设备和高剪切的乳化设备，而在混合烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，并搅拌后得到烯基琥珀酸酐乳液后，可直接使用，也即可直接将其注入相应的纸浆中，而无需再进行糊化。且高分子生物聚合物分子量大，分子链保留较长，能够与ASA充分接触，提高ASA施胶效果，同时该高分子生物聚合物中引入了疏水性基团，提高ASA乳状液的稳定性，并且通过控制聚合物中疏水链的含量，增强疏水性。
此外，该高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％，也高于现有阳性淀粉中的氮含量，而较高的氮含量，能够提高ASA在纸浆中的纤维上留着率，且在对ASA进行乳化时，相比于阳性淀粉，乳化剂的用量，也即该高分子生物聚合物的用量也较少，同时与一般的有机高分子聚合物相比，该高分子生物聚合物，能够以任一合理的农作物淀粉为原料，进而能够达到节能环保的效果。
其中，高分子生物聚合物的粘度为100-300cps，比如，150cps、200cps、300cps等，且通过对高分子生物聚合物进行加水稀释，能够使高分子生物聚合物的粘度与ASA一致，以进而保证对ASA更好的乳化效果。且烯基琥珀酸酐乳液中的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物的乳化比例为(1-1.3)：1，具体可以为1.1:1、1.2:1、1.3:1等，优选为1.2:1。相比于阳性淀粉乳化:ASA＝3:1，该高分子生物聚合物用量与阳性淀粉比较用量减少50％。
进一步地，高分子生物聚合物可以是由马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉中的至少一种聚合而成，优选为玉米淀粉，当然，还可以是其他的天然或者改性淀粉，此处不做具体限定。其中，该高分子生物聚合物的粒径为0.4-0.6μm，具体可以为0.45μm、0.5μm、0.6μm等。需要指出的是，当粒径较大时，ASA保留率会改善，但不易于实现均匀地分布于整个纤维表面，会引起施胶效果有一定程度的降低，造成ASA用量偏高。而该高分子生物聚合物的粒径较普通阳离子淀粉乳化粒径低，能够增加乳液的比表面积，能更好地包覆且均匀分布于纤维表面，从而能够获得良好的施胶效果。
进一步地，该高分子生物聚合物的电荷量为(9*105)-(16*105)ueq/L，具体可以为9*105ueq/L、12*105ueq/L、13*105ueq/L、16*105ueq/L等。需要指出的是，该高分子生物聚合物具有高电荷，在乳化过程中能赋予ASA油滴以阳电荷，这将有助于增加乳液稳定性。
其中，高分子生物聚合物的pH值为4-6，具体可以为4、5、5.5、6等，也即呈弱酸性，以能够与ASA中和，实现更好的乳化效果。
其中，本申请的高分子生物聚合物作为乳化剂的ASA乳化工艺参数具体如下：
Figure BDA0003018775940000051
Figure BDA0003018775940000061
请参阅图1和图2，其中，图1是本申请烯基琥珀酸酐乳液制成后放置0min时的粒径变化示意图，图2是本申请烯基琥珀酸酐乳液制成后放置60min后的粒径变化示意图。
也即，该烯基琥珀酸酐乳液分别是高分子生物聚合物:ASA＝1.2:1乳化后0min与放置60min后粒径变化，则通过该粒径图可知：乳液放置60min后，粒径基本无变化，该高分子生物聚合物与ASA乳化后稳定性较好。
请参阅图3，图3是本申请烯基琥珀酸酐乳液的制备方法一实施方式的流程示意图。本实施方式具体包括：
S31：将设定配比的烯基琥珀酸酐与高分子生物聚合物混合。
具体地，获取到常温下液态的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，以按设定配比对两者进行混合，比如，将烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物按设定配比注入相应的乳化搅拌设备中，以首先进行混合。
其中，该高分子生物聚合物包括疏水基团，且高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％。
可理解的是，该高分子生物聚合物分子量大，分子链保留较长，能够与ASA充分接触，提高ASA施胶效果，同时该高分子生物聚合物中通过引入疏水基团，能够有效提高ASA乳状液的稳定性，且通过控制聚合物中疏水链的含量，也有效地增强了疏水性。
此外，该高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％，也高于现有阳性淀粉中的氮含量，而较高的氮含量，能够提高ASA在纸浆中的纤维上留着率，且在对ASA进行乳化时，相比于阳性淀粉，乳化剂的用量，也即该高分子生物聚合物的用量也较少，同时与一般的有机高分子聚合物相比，该高分子生物聚合物，能够以任一合理的农作物淀粉为原料，进而能够到达节能环保的效果。
其中，高分子生物聚合物的粘度为100-300cps，比如，150cps、200cps、300cps等，且通过对高分子生物聚合物进行加水稀释，能够使高分子生物聚合物的粘度与ASA一致，以进而保证对ASA更好的乳化效果。且烯基琥珀酸酐乳液中的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物的乳化比例为(1-1.3)：1，具体可以为1.1:1、1.2:1、1.3:1等，优选为1.2:1。相比于阳性淀粉乳化:ASA＝3:1，该高分子生物聚合物用量与阳性淀粉比较用量减少50％。
进一步地，高分子生物聚合物可以是由马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉中的至少一种聚合而成，优选为玉米淀粉，当然，还可以是其他的天然或者改性淀粉，此处不做具体限定。其中，该高分子生物聚合物的粒径为0.4-0.6μm，具体可以为0.45μm、0.5μm、0.6μm等。需要指出的是，当粒径较大时，ASA保留率会改善，但不易于实现均匀地分布于整个纤维表面，会引起施胶效果有一定程度的降低，造成ASA用量偏高。而该高分子生物聚合物的粒径较普通阳离子淀粉乳化粒径低，能够增加乳液的比表面积更好的包覆且均匀分布于纤维表面，从而能够获得良好的施胶效果。
进一步地，该高分子生物聚合物的电荷为(9*105)-(16*105)ueq/L，具体可以为9*105ueq/L、12*105ueq/L、13*105ueq/L、16*105ueq/L等。需要指出的是，该高分子生物聚合物具有高电荷，在乳化过程中能赋予ASA油滴以阳电荷，这将有助于增加乳液稳定性。
其中，高分子生物聚合物的pH值为4-6，具体可以为4、5、5.5、6等，也即呈弱酸性，以能够与ASA中和，实现更好的乳化效果。
S32：对混合后的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物进行搅拌，以乳化后，得到烯基琥珀酸酐乳液。
进一步的，对混合后的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物进行搅拌，比如，通过乳化搅拌设备对混合后的烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物进行充分搅拌，以进行乳化后，得到烯基琥珀酸酐乳液。
其中，在造纸机车速为1050m/min，并在相应造纸机生产75gsm纸上进行对比试用，阳性淀粉与本申请中的高分子生物聚合物作为ASA的乳化剂，相应得到的对比数据如下：
Figure BDA0003018775940000071
Figure BDA0003018775940000081
则可以看出，阳性淀粉/ASA＝1.7，ASA乳液用量为1.08kg/t时，纸张COBB为：TS:36g/m2，BS:32g/m2。
而高分子生物聚合物/ASA＝0.4，ASA乳液用量为0.955kg/t时，纸张COBB为：TS:31-34g/m2，BS:31-33g/m2。
由此可知，采用高分子生物聚合物作为ASA的乳化剂，显然能够得到更优质的纸张效果。
本申请还提供一种纸，其中，该纸是在纸浆中加入如上任一项所述烯基琥珀酸酐乳液进行处理后制得，相关内容请参阅上述实施方式，此处不再赘述。
区别于现有技术的情况，本申请中的烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，而其中的高分子生物聚合物包括疏水基团，而使得烯基琥珀酸酐乳液具有较好的稳定性和疏水性，以能够使相应纸张不易吸水，有利于纸浆施胶的进行，也使得烯基琥珀酸酐乳液不易水解，因而有效避免了烯基琥珀酸酐水解产物在脱水元件、成形网、毛布和压榨辊等处形成沉积，而影响纸张的脱水和成形，且该高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％，而较高的氮含量也能够有效提高烯基琥珀酸酐在纸浆中的纤维上的留着率，从而能够有效提升相应造纸机的运行性能、产品质量及产量，相应纸浆处理的成本也较低。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐乳液包括：烯基琥珀酸酐和高分子生物聚合物，其中，所述高分子生物聚合物包括疏水基团，且所述高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％。
2.根据权利要求1所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述高分子生物聚合物的电荷为(9*105)-(16*105)ueq/L。
3.根据权利要求1所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐乳液中的所述烯基琥珀酸酐和所述高分子生物聚合物的乳化比例为(1-1.3)：1。
4.根据权利要求1所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述高分子生物聚合物的粘度为100-300cps。
5.根据权利要求4所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐的粘度与所述高分子生物聚合物的粘度相同。
6.根据权利要求1所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述高分子生物聚合物的pH值为4-6。
7.根据权利要求1所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，所述高分子生物聚合物是由马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉中的至少一种聚合而成。
8.根据权利要求7所述的用于纸浆处理的烯基琥珀酸酐乳液，其特征在于，
所述高分子生物聚合物的粒径为0.4-0.6μm。
9.一种烯基琥珀酸酐乳液的制备方法，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐乳液的制备方法包括：
将设定配比的烯基琥珀酸酐与高分子生物聚合物混合；其中，所述高分子生物聚合物中的氮含量为0.04％-0.045％；
对混合后的所述烯基琥珀酸酐和所述高分子生物聚合物进行搅拌，以乳化后，得到所述烯基琥珀酸酐乳液。
10.一种纸，其特征在于，所述纸是在纸浆中加入如权利要求1-8中任一项所述烯基琥珀酸酐乳液进行处理后制得。
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