CN113863049B - 一种纸张增强剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纸张增强剂，其由包含以下重量份的原料制成，60‑70wt%的丙烯酰胺单体水溶液130‑150份；20‑40wt%的阳离子型单体水溶液35‑65份；10‑30wt%的阴离子型单体水溶液15‑25份；2‑5wt%的引发剂混合溶液2‑20份；交联剂1.0‑1.5份；分子量调节剂3‑10份；终止剂1‑10份；助剂4份。本发明以上述比例的丙烯酰胺单体水溶液、阳离子型单体水溶液、阴离子型单体水溶液作为反应原料，并辅以引发剂混合溶液、交联剂、分子量调节剂和终止剂提高共聚反应过程的稳定性，以此获得的聚丙酰胺树脂水溶液与助剂混合后，在保证增强剂的增强性能的同时，能提高增强剂在纸浆中分散的均匀度，以提高抄纸时的滤水性，进而使产品具有良好的滤水性能。

Description

一种纸张增强剂
技术领域
本发明涉及纸张增强剂的技术领域，尤其是涉及一种纸张增强剂。
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，尤其是耐破坏压出现大幅度下降，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，本研究从现在造纸企业面临的实际问题出发，经过不断研究探索，发明了一种在使用全二次国废的抄纸条件下对纸张耐破增强效果依然十分出色的聚丙烯酰胺类增强剂。
但是，随着造纸技术的飞速发展，抄纸湿部系统由酸性向中碱性转变，纸机的车速不断提升，造纸白水封闭循环使用，使得造纸系统的电导率大幅度上升，并且伴随着阴离子垃圾增多的趋势。国内废纸原料回收利用占比日益增大等一系列因素的影响，在造纸生产中出现了滤水慢，细小纤维留着率低，成纸强度差等问题日益恶化，使得现有的聚丙烯酰胺类产品不能充分发挥其效果。
虽然，授权公告号为CN101608047B的中国专利公开了一种水溶性聚合物分散液、纸张增强剂、造纸用滤水性提高剂及造纸用助留剂，其在增强纸力的同时获得良好的滤水效果；授权公告号为JP2008101058的日本专利提出一种交联丙烯酰胺聚合物来提高浆料留着，但是上述方法明显不能解决目前问题，有待改进。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种纸张增强剂，其在增强纸力的同时获得良好的滤水效果。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种纸张增强剂，由包含以下重量份的原料制成，60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液130-150份；20-40wt%的阳离子型单体水溶液35-65份；10-30wt%的阴离子型单体水溶液15-25份；2-5wt%的引发剂混合溶液2-20份；交联剂1.0-1.5份；分子量调节剂3-10份；终止剂1-10份；助剂4份。
通过采用上述技术方案，以上述比例的丙烯酰胺单体水溶液、阳离子型单体水溶液、阴离子型单体水溶液作为反应原料，并辅以引发剂混合溶液、交联剂、分子量调节剂和终止剂提高共聚反应过程的稳定性，以此获得的聚丙酰胺树脂水溶液与助剂混合后，在保证增强剂的增强性能的同时，能提高增强剂在纸浆中分散的均匀度，以提高抄纸时的滤水性，进而使产品具有良好的滤水性能。
进一步地，制备所述纸张增强剂的具体实现方式为，
S1 将60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液70-90份、20-40wt%的阳离子型单体水溶液25-40份、10-30wt%的阴离子型单体水溶液5-10份、2-5wt%的引发剂混合溶液1-10份进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第一反应单体溶液；
S2 将60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液60-80份、20-40wt%的阳离子型单体水溶液10-25份、10-30wt%的阴离子型单体水溶液10-15份、2-5wt%的引发剂混合溶液1-10份进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第二反应单体溶液；
S3 先将第一反应单体水溶液、交联剂1.0-1.5份、分子量调节剂3-10份投入共聚容器中，静态常压升温至75±2℃，并采用高纯度氮气吹扫，共聚反应2h，然后将第二反应单体溶液滴加入共聚容器中，滴加时间控制在40±5min；
S4 然后将共聚容器静态常压升温至85℃，继续保温反应60±5min，当共聚容器内反应物粘度达到8000mPa·s时，向共聚容器内加入终止剂1-10份，停止共聚反应，降温、静置后分离出有机相，得到聚丙酰胺树脂水溶液；
S5 向S4的聚丙酰胺树脂水溶液中加入4份助剂和适量去离子水，调整聚丙酰胺树脂的含量为15%，得到纸张增强剂。
首先通过硫酸调节第一反应单体水溶液和第二反应单体溶液的pH，能避免反应过程发生水解；再通过分步加入原料比例不等的第一反应单体溶液和第二反应单体溶液，以调整聚合物的电荷密度，使阳离子型单体和阴离子型单体在聚合物链段中偏在化存在，在添加使用过程中容易形成离子络合体，从而能提高对纸浆纤维的附着力和留着性；并且这种分布加入的方式能在反应初期形成聚合物分散体，在已经存在生成物的情况下，之后加入的第二反应单体溶液即可溶胀并进入生成物内，在其中继续进行聚合反应，从而有效降低溶液中的溶解聚合物浓度，进而保证纸张增强剂的增强性能；然后通过助剂和去离子水提高纸张增强剂内聚丙酰胺树脂的分散度，进而使产品具有良好的滤水性能。
优选地，所述阳离子型单体包括甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯。在上述选择下制得的纸张增强剂的增强效果较佳。
优选地，所述阴离子型单体包括摩尔比（0.5-2.0）:1的甲基丙烯酸和衣康酸。在上述选择下制得的纸张增强剂的增强效果较佳。
优选地，所述引发剂混合溶液包括摩尔比（2-4）:1的偶氮二异丁基脒盐酸盐和过氧化苯甲酸叔丁酯组成的引发剂、N,N-二甲基甲酰胺和甲基叔丁基醚组成的混合溶剂。通过复配偶氮二异丁基脒盐酸盐和过氧化苯甲酸叔丁酯能适应不同温度梯度下的共聚反应过程，并能调整引发剂的半衰期，进而提高共聚反应速率和生成物的质量。
优选地，所述交联剂包括N，N-二烯丙基丙烯酰胺。交联剂在反应的过程中起到桥梁的作用，部分共聚反应生成物被N，N-二烯丙基丙烯酰胺接枝共聚连接在一起形成网状结构，增加聚合物的分子量和结合点，增强其聚合物的抗剪切性能，其对纸张的增挺或增强效果好。
优选地，所述分子量调节剂包括摩尔比（1-3）:1的甲酸钠和次磷酸钠。在上述选择下制得的纸张增强剂的增强效果较佳。
优选地，所述终止剂包括亚硫酸钠。在上述选择下制得的纸张增强剂的增强效果较佳。
优选地，每4份所述助剂由包含以下重量份的原料组成，铝化物1.5-2.0份；助溶剂0.1-0.3份；乳化剂0.2-0.5份；分散剂0.1-0.2份；消泡剂0.4-0.6份；余量为水。
具体地，所述铝化物为硫酸铝，所述助溶剂为体积比为1:1的N，N-二甲基乙酰胺和丙酮，所述乳化剂为(2-丁氧基乙氧基)乙酸钠，所述分散剂为聚乙二醇400，所述消泡剂为聚硅氧烷。首先，通过添加硫酸铝中的铝离子能作为特殊的结构助剂，其与聚丙酰胺树脂发生反应并产生互穿型网状结构，进而提高了共聚物的阳离子密度及分布均匀度，从而使得纸张增强剂具有较好的增强能力；其次，通过(2-丁氧基乙氧基)乙酸钠促使纸张增加剂转换为乳液，并在聚乙二醇400复配聚硅氧烷来降低乳液体系气泡产生的基础上，通过助溶剂能提高聚丙酰胺树脂的溶解性，从而使聚丙酰胺树脂能均匀分散在乳液体系中，以提高抄纸时的滤水性，进而使产品具有良好的滤水性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：本发明以上述比例的丙烯酰胺单体水溶液、阳离子型单体水溶液、阴离子型单体水溶液作为反应原料，并辅以引发剂混合溶液、交联剂、分子量调节剂和终止剂提高共聚反应过程的稳定性，以此获得的聚丙酰胺树脂水溶液与助剂混合后，在保证增强剂的增强性能的同时，能提高增强剂在纸浆中分散的均匀度，以提高抄纸时的滤水性，进而使产品具有良好的滤水性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例
实施例1：为本发明公开的一种纸张增强剂，其通过以下步骤制得，
S1 将60wt%的丙烯酰胺单体水溶液70份、40wt%的阳离子型单体水溶液25份、20wt%的阴离子型单体水溶液5份、3wt%的引发剂混合溶液1份，并将这些原料在15r/min的搅拌条件下依次投入储存容器中进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第一反应单体溶液；
S2 将60wt%的丙烯酰胺单体水溶液60份、40wt%的阳离子型单体水溶液10份、20wt%的阴离子型单体水溶液10份、3wt%的引发剂混合溶液10份，并将这些原料在15r/min的搅拌条件下依次投入储存容器中进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第二反应单体溶液；
S3 取铝化物1.5份、助溶剂0.3份、乳化剂0.5份、分散剂0.1份、消泡剂0.5份，并将这些原料在15r/min的搅拌条件下依次投入储存容器中，并用去离子水加至4份，继续搅拌10min，得到助剂；
S4 先将第一反应单体水溶液、交联剂1.0份、分子量调节剂5份投入共聚容器中，静态常压升温至75±2℃，并采用高纯度氮气吹扫，共聚反应2h，然后将第二反应单体溶液滴加入共聚容器中，滴加时间控制在40±5min；
S5 然后将共聚容器静态常压升温至85℃，继续保温反应60±5min，当共聚容器内反应物粘度达到8000mPa·s时，向共聚容器内加入终止剂2份，停止共聚反应，降温、静置后分离出有机相，得到聚丙酰胺树脂水溶液；
S6 向S5的聚丙酰胺树脂水溶液中加入4份助剂和适量去离子水，调整聚丙酰胺树脂的含量为15%，得到纸张增强剂。
在S1和S2中，阳离子型单体包括甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯；阴离子型单体包括摩尔比1.5:1.0的甲基丙烯酸和衣康酸；引发剂混合溶液包括摩尔比2.0:1.0的偶氮二异丁基脒盐酸盐和过氧化苯甲酸叔丁酯组成的引发剂、N,N-二甲基甲酰胺和甲基叔丁基醚组成的混合溶剂。
在S3中，铝化物为硫酸铝，助溶剂为体积比为1:1的N，N-二甲基乙酰胺和丙酮，乳化剂为(2-丁氧基乙氧基)乙酸钠，分散剂为聚乙二醇400，消泡剂为聚硅氧烷。
在S4和S5中，交联剂包括N，N-二烯丙基丙烯酰胺；分子量调节剂包括摩尔比2.0:1.0的甲酸钠和次磷酸钠；终止剂包括亚硫酸钠。
实施例2：与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数、质量分数和摩尔比例如表1所示。
实施例3：与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数、质量分数和摩尔比例如表1所示。
实施例4：与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数、质量分数和摩尔比例如表1所示。
实施例5：与实施例1的不同之处在于，原料中各组分的重量份数、质量分数和摩尔比例如表1所示。
表1
Figure 35381DEST_PATH_IMAGE002
性能检测试验
将如上实施例1-5中的得到的纸张增强剂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/㎡，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，对成品纸张的基重、耐破度进行测试。其中，耐破指数的测试方法参见GB/T13024—2003《纸耐破度的测定》，纸张的基重、耐破度的测试数据如表2所示。
另外，依次在纸浆浆料中加入阳离子淀粉3kg，AKD中性施胶剂3kg，实施例1-5中的得到的纸张增强剂分别按照10kg、20kg和30kg的量加入，用网下白水稀释，倒入动态滤水保留仪DFR进行滤水性评估，分别测定60s过滤时间的滤水量，测试结果如表3所示。
表2
Figure 781883DEST_PATH_IMAGE004
表3
Figure 242910DEST_PATH_IMAGE006
从表2和表3可得，以本发明公开的比例的丙烯酰胺单体水溶液、阳离子型单体水溶液、阴离子型单体水溶液作为反应原料，并辅以引发剂混合溶液、交联剂、分子量调节剂和终止剂提高共聚反应过程的稳定性，以此获得的聚丙酰胺树脂水溶液与助剂混合后，在保证增强剂的增强性能的同时，能提高增强剂在纸浆中分散的均匀度，以提高抄纸时的滤水性，进而使产品具有良好的滤水性能
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种纸张增强剂，其特征在于：所述纸张增强剂由包含以下重量份的原料制成，60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液 130-150份；20-40wt%的阳离子型单体水溶液 35-65份；10-30wt%的阴离子型单体水溶液 15-25份；2-5wt%的引发剂混合溶液 2-20份；交联剂 1.0-1.5份；分子量调节剂 3-10份；终止剂 1-10份；助剂 4份；
制备所述纸张增强剂的具体实现方式为，
S1 将60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液70-90份、20-40wt%的阳离子型单体水溶液25-40份、10-30wt%的阴离子型单体水溶液5-10份、2-5wt%的引发剂混合溶液1-10份进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第一反应单体溶液；
S2 将60-70wt%的丙烯酰胺单体水溶液60-80份、20-40wt%的阳离子型单体水溶液10-25份、10-30wt%的阴离子型单体水溶液10-15份、2-5wt%的引发剂混合溶液1-10份进行混合，用硫酸调节pH至3.0±0.1，得到第二反应单体溶液；
S3 先将第一反应单体水溶液、交联剂1.0-1.5份、分子量调节剂3-10份投入共聚容器中，静态常压升温至75±2℃，并采用高纯度氮气吹扫，共聚反应2h，然后将第二反应单体溶液滴加入共聚容器中，滴加时间控制在40±5min；
S4 然后将共聚容器静态常压升温至85℃，继续保温反应60±5min，当共聚容器内反应物粘度达到8000mPa·s时，向共聚容器内加入终止剂1-10份，停止共聚反应，降温、静置后分离出有机相，得到聚丙酰胺树脂水溶液；
S5 向S4的聚丙酰胺树脂水溶液中加入4份助剂和适量去离子水，调整聚丙酰胺树脂的含量为15%，得到纸张增强剂；
所述引发剂混合溶液包括摩尔比（2-4）:1的偶氮二异丁基脒盐酸盐和过氧化苯甲酸叔丁酯组成的引发剂、N,N-二甲基甲酰胺和甲基叔丁基醚组成的混合溶剂；
所述分子量调节剂包括摩尔比（1-3）:1的甲酸钠和次磷酸钠；
每4份所述助剂由包含以下重量份的原料组成，铝化物 1.5-2.0份；助溶剂 0.1-0.3份；乳化剂 0.2-0.5份；分散剂 0.1-0.2份；消泡剂 0.4-0.6份；余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种纸张增强剂，其特征在于：所述阳离子型单体包括甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯。
3.根据权利要求1所述的一种纸张增强剂，其特征在于：所述阴离子型单体包括摩尔比（0.5-2.0）:1的甲基丙烯酸和衣康酸。
4.根据权利要求1所述的一种纸张增强剂，其特征在于：所述交联剂包括N，N-二烯丙基丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的一种纸张增强剂，其特征在于：所述终止剂包括亚硫酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种纸张增强剂，其特征在于：所述铝化物为硫酸铝，所述助溶剂为体积比为1:1的N，N-二甲基乙酰胺和丙酮，所述乳化剂为(2-丁氧基乙氧基)乙酸钠，所述分散剂为聚乙二醇400，所述消泡剂为聚硅氧烷。
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