CN114150525B - 一种纳米改性造纸用润滑剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米改性造纸用润滑剂，是将脂肪酸、环氧氯丙烷、催化剂、无机改性剂、纳米改性剂、助流剂、碱、杀菌剂和水混合后进行聚合反应制备得到，其中各组分的重量含量如下：脂肪酸100份、环氧氯丙烷15‑25份、催化剂0.2‑0.4份、无机改性剂15‑25份、纳米改性剂5‑20份、助流剂1‑2份、碱5‑20份、杀菌剂0.1‑0.2份、水适量，所述纳米改性剂为纳米氧化石墨烯或纳米氟化镧。本发明采用环氧氯丙烷接枝聚合脂肪酸，并在体系中加入少量无机改性剂六偏磷酸钠或六偏磷酸钾，以及纳米改性剂制备润滑剂，应用于纸张涂布，可显著提高纸张的平滑度及光泽度，满足造纸涂料用高性能、绿色环保的要求。

Description

一种纳米改性造纸用润滑剂
技术领域
本发明涉及造纸用润滑剂技术领域，尤其涉及一种纳米改性造纸用润滑剂。
背景技术
润滑剂在造纸涂料中起到降低涂层摩擦系数，改善涂料流变性，进而提高涂层平整度，提高成品纸光泽度的功能。目前市场上的造纸用润滑剂以高级脂肪酸盐类及高分子氧化聚乙烯为主，还包括蜡乳液等，它们均有改善涂层摩擦系数的作用。
中国专利CN103255675A公开了一种造纸用水溶性润滑剂，是将脂肪酸、环氧氯丙烷、催化剂、无机改性剂、碱、杀菌剂和水混合后进行聚合反应得到，脂肪酸上用环氧氯丙烷进行接枝聚合，并在体系中加入少量磷酸钠或磷酸钾作为无机改性剂，能明显改善纸张的平滑度及光泽度。
如何进一步提高润滑剂改善纸张平滑度和光泽度的能力，仍然是科学家们研究的重要课题。
发明内容
申请人发现，在现有技术的基础上，将特定的纳米粉体引入润滑剂配方中，形成一种新的纳米改性造纸用润滑剂，意外地可显著提高纸张的平滑度及光泽度，基于上述发现，完成本发明。
本发明引入无机改性剂和纳米改性剂制备一种纳米改性造纸用润滑剂，不仅可以改善涂层摩擦系数，还可以改善涂层的减磨和抗磨性能。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种纳米改性造纸用润滑剂，是将脂肪酸、环氧氯丙烷、催化剂、无机改性剂、纳米改性剂、助流剂、碱、杀菌剂和水混合后进行聚合反应制备得到，其中各组分的重量含量如下：脂肪酸100份、环氧氯丙烷15-25份、催化剂0.2-0.4份、无机改性剂15-25份、纳米改性剂5-20份、助流剂1-2份、碱5-20 份、杀菌剂0.1-0.2份、水适量，所述纳米改性剂为纳米氧化石墨烯或纳米氟化镧。
优选的，所述纳米氧化石墨烯的厚度1-5nm，单层片径50-500nm，所述纳米氟化镧粒径30-50nm。
为进一步提高纳米改性剂和其他组分的相容性，优选对上述纳米改性剂进行表面改性，具体采用如下方法：
S1，将纳米改性剂与无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
S2，将偶联剂溶于无水乙醇中配成偶联剂溶液；
S3，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，75-85℃回流3-5h；
S4，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到改性纳米粉体。
进一步优选的，所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或钛酸酯偶联剂NZD-201中的一种。
进一步优选的，所述偶联剂的添加量是纳米改性剂重量用量的0.5-1％。
优选的，所述脂肪酸选自硬脂酸、棕榈酸、油酸中的至少一种；所述催化剂选自三氟化硼乙醚、四氯化锡中的至少一种；所述无机改性剂选自六偏磷酸钠 、六偏磷酸钾中的至少一种；所述助流剂选自膨润土、胶体硅、聚乙烯亚胺中的至少一种；所述碱选自二乙醇胺、三乙醇胺、三亚乙基二胺、氢氧化 钠 、氢氧化钾中的至少一种；所述杀菌剂选自5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基 -4-异噻唑啉-3-酮、溴硝醇中的至少一种。
本发明的第二方面是提供上述纳米改性造纸用润滑剂的制备方法，包括如下步骤：
S1，将无机改性剂、纳米改性剂、碱和水混合；
S2，将脂肪酸、催化剂混合，获得釜底料，升温至70-90℃；
S3，向所述釜底料中滴加环氧氯丙烷，滴加时间1-3小时；70-90℃保温 1-3小时；
S4，加入步骤S1中的混合物，混合均匀后降温至20-40℃，加入杀菌剂、助流剂，调节pH值为7-11。
本发明采用环氧氯丙烷接枝聚合脂肪酸，并在体系中加入少量无机改性剂六偏磷酸钠或六偏磷酸钾，以及纳米改性剂制备润滑剂。由于环氧氯丙烷接枝在脂肪酸的长碳链，改善了分子的亲水性，最终产品为水溶液体系。发明人意外的发现，在涂料中，脂肪酸改性物、无机改性剂、纳米改性剂具有一定的协同作用，能够包覆在碳酸钙等矿物颜料的表面，从而有助于整个涂料体系的分散。并且水溶液体系，在涂料干燥过程中，体系内的脂肪酸改性物及纳米改性剂易于在涂布纸表面富集，表现为改善纸张的平滑度及光泽度。本发明的纳米改性造纸用润滑剂可以满足造纸涂料用高性能、绿色环保的要求。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，但不用来限制本发明的范围，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本发明中的仪器或原料未注明生产厂商的，均为常规商业化仪器或原料。下述实施例中使用的主要仪器及原料如下：
原料：纳米氟化镧为浙江亚美纳米科技有限公司，牌号13709-38-1的产品，纳米氧化石墨烯为江苏先丰纳米材料科技有限公司，牌号XF042-1。
本发明实施例中涉及的检测指标如未提及，均采用本领域常规检测方法进行检测，具体指标检测方法如下：
粘度采用NDJ-1旋转粘度计测定；
pH值采用PHS-3C精密pH计测定；
涂布纸的平滑度、光泽度和印刷光泽度按照GB/T10335.2-2018测定。
实施例1
1)纳米改性剂通过如下方法制备：
步骤一，将20g纳米氟化镧(40nm)与100ml无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
步骤二，将0.1g偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于100ml无水乙醇中配成偶联剂溶液；
步骤三，将纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，80℃回流4h；
步骤四，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到改性纳米氟化镧。
2)纳米改性造纸用润滑剂的合成：
(a)将l0g六偏磷酸钠 、10g改性纳米氟化镧、5g二乙醇胺和300g去离子水加入反应釜中，混合均匀，溶解完全，备用；
(b)将l00g硬脂酸、0.lg三氟化硼乙醚混合均匀，获得釜底料，在氮气氛围内，升温至90℃；
(c)在90℃情况下，滴加l0g环氧氯丙烷，滴加时间1小时；90℃保温1 小时；加入步骤a中的混合物，继续混合均匀；
(d)降温至20℃，加入0.1g杀菌剂溴硝醇，1g助流剂胶体硅，继续搅拌 10分钟，用100目筛网过滤出料；
(e)所得的纳米改性造纸用润滑剂的重量固含量32.1wt％，粘度183mPa.s， pH＝7.08。
实施例2
1)纳米改性剂通过如下方法制备：
步骤一，将20g纳米氟化镧(40nm)与100ml无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
步骤二，将0.1g偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于100ml无水乙醇中配成偶联剂溶液；
步骤三，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，80℃回流4h；
步骤四，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到所述改性纳米氟化镧。
2)纳米改性造纸用润滑剂的合成：
(a)将25g六偏磷钾、10g改性纳米氟化镧、20g氢氧化钾和1600g去离子水加入反应釜中，混合均匀，溶解完全，备用；
(b)将l00g棕榈酸、0.5g四氯化锡混合均匀，获得釜底料，在氮气氛围内，升温至70℃；
(c)在70℃情况下，滴加30g环氧氯丙烷，滴加时间3小时；70℃保温3 小时；加入步骤a中的混合物，继续混合均匀；
(d)降温至30℃，加入0.1g杀菌剂溴硝醇，1g助流剂胶体硅，继续搅拌 10分钟，用100目筛网过滤出料；
(e)所得的纳米改性造纸用润滑剂的重量固含量14.6wt％，粘度8.2mPa.s， pH＝9.76。
实施例3
1)纳米改性剂通过如下方法制备：
步骤一，将20g纳米氟化镧(40nm)与100ml无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
步骤二，将0.1g偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于100ml无水乙醇中配成偶联剂溶液；
步骤三，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，80℃回流4h；
步骤四，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到所述改性纳米氟化镧。
2)纳米改性造纸用润滑剂的合成：
(a)将l0g六偏磷酸钾、10g六偏磷酸钠、10g改性纳米氟化镧、5g氢氧化钠和600g去离子水加入反应釜中，混合均匀，溶解完全，备用；
(b)将50g硬脂酸、50g棕榈酸、0.lg三氟化硼乙醚混合均匀，获得釜底料，在氮气氛围内，升温至80℃；
(c)在80℃情况下，滴加20g环氧氯丙烷，滴加时间3小时；80℃保温3 小时；加入步骤a中的混合物，继续混合均匀；
(d)降温至25℃，加入0.1g杀菌剂溴硝醇，1g助流剂胶体硅，继续搅拌 10分钟，用100目筛网过滤出料；
(e)所得的纳米改性造纸用润滑剂的重量固含量22.4wt％，粘度16mPa.s， pH＝9.23。
实施例4
1)纳米改性剂通过如下方法制备：
步骤一，将20g纳米氟化镧(40nm)与100ml无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
步骤二，将0.1g偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于100ml无水乙醇中配成偶联剂溶液；
步骤三，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，80℃回流4h；
步骤四，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到所述改性纳米氟化镧。
2)纳米改性造纸用润滑剂的合成：
(a)将l5g六偏磷酸钠 、10g改性纳米氟化镧、15g二乙醇胺和450g去离子水加入反应釜中，混合均匀，溶解完全，备用；
(b)将l00g棕榈酸、0.lg三氟化硼乙醚混合均匀，获得釜底料，在氮气氛围内，升温至80℃；
(c)在80℃情况下，滴加l5g环氧氯丙烷，滴加时间2小时；80℃保温2 小时；加入步骤a中的混合物，继续混合均匀；
(d)降温至20℃，加入0.1g杀菌剂溴硝醇，1g助流剂胶体硅，继续搅拌 10分钟，用100目筛网过滤出料；
(e)所得的纳米改性造纸用润滑剂的重量固含量26.3wt％，粘度43mPa.s， pH＝9.78。
对比例
按专利CN103255675A实施例1制备的润滑剂。
实施例5
用实施例1-4和对比例，按下述配方配制涂料：
95级重质破酸钙400g、
巴西瓷土100g、
丙苯胶乳(干重)50g、
润滑剂(干重)2g、
去离子水适量，调整涂料重量固含量为65％。
实验过程：
1)将95级重质碳酸钙、巴西瓷土和适量去离子水加入高速分散机，搅拌均匀后高速分散20-30min，至细度合格，低速下加入胶乳、润滑剂，搅拌均匀后，出料，100目筛网过滤；
2)将采用实施例1-4和对比例配制的涂料用10#涂布棒在75g/m2铜版原纸上进行涂布，涂布量15g/m2，备用。3)涂布压光条件：分别取上述涂布纸样用小型压光机硬压光两次(0.3Mpa，85℃)备用。采用国标方法对于纸张进行涂布性能测试；判定标准：平滑度及光泽度越大效果越好。具体测定结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003376953430000071
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1-4制备的纳米改性造纸用润滑剂，与对比例相比，应用于涂布纸的造纸涂料，能明显改善涂布纸的平滑度及光泽度。
本领域的技术人员应理解，上述实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (8)

1.一种纳米改性造纸用润滑剂，其特征在于，是将脂肪酸、环氧氯丙烷、催化剂、无机改性剂、纳米改性剂、助流剂、碱、杀菌剂和水混合后进行聚合反应制备得到，其中各组分的重量含量如下：脂肪酸100份、环氧氯丙烷15-25份、催化剂0.2-0.4份、无机改性剂15-25份、纳米改性剂5-20份、助流剂1-2份、碱5-20份、杀菌剂0.1-0.2份、水适量，所述纳米改性剂为纳米氧化石墨烯或纳米氟化镧；所述纳米氧化石墨烯的厚度1-5nm，单层片径50-500nm，所述纳米氟化镧粒径30-50nm。
2.如权利要求1所述的纳米改性造纸用润滑剂，其特征在于，对所述纳米改性剂进行表面改性，具体采用如下方法：
S1，将纳米改性剂与无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
S2，将偶联剂溶于无水乙醇中配成偶联剂溶液；
S3，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，75-85℃回流3-5h；
S4，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到改性纳米粉体。
3.如权利要求2所述的纳米改性造纸用润滑剂，其特征在于，所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或钛酸酯偶联剂NZD-201中的一种，所述偶联剂的添加量是纳米改性剂重量用量的0.5-1％。
4.如权利要求1所述的纳米改性造纸用润滑剂，其特征在于，所述脂肪酸选自硬脂酸、棕榈酸、油酸中的至少一种；所述催化剂选自三氟化硼乙醚、四氯化锡中的至少一种；所述无机改性剂选自六偏磷酸钠 、六偏磷酸钾中的至少一种；所述助流剂选自膨润土、胶体硅、聚乙烯亚胺中的至少一种；所述碱选自二乙醇胺、三乙醇胺、三亚乙基二胺、氢氧化钠 、氢氧化钾中的至少一种；所述杀菌剂选自5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、溴硝醇中的至少一种。
5.一种纳米改性造纸用润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将无机改性剂、纳米改性剂、碱和水混合；
S2，将脂肪酸、催化剂混合，获得釜底料，升温至70-90℃；
S3，向所述釜底料中滴加环氧氯丙烷，滴加时间1-3小时；70-90℃保温1-3小时；
S4，加入步骤S1中的混合物，混合均匀后降温至20-40℃，加入杀菌剂、助流剂，调节pH值为7-11；
各组分的重量含量如下：脂肪酸100份、环氧氯丙烷15-25份、催化剂0.2-0.4份、无机改性剂15-25份、纳米改性剂5-20份、助流剂1-2份、碱5-20份、杀菌剂0.1-0.2份、水适量，所述纳米改性剂为纳米氧化石墨烯或纳米氟化镧，所述纳米氧化石墨烯的厚度1-5nm，单层片径50-500nm，所述纳米氟化镧粒径30-50nm。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述纳米改性剂进行表面改性，具体采用如下方法：
S1，将纳米改性剂与无水乙醇混合，超声分散得纳米粉体悬浮液；
S2，将偶联剂溶于无水乙醇中配成偶联剂溶液；
S3，将所述纳米粉体悬浮液和偶联剂溶液混合，75-85℃回流3-5h；
S4，冷却至室温，经离心分离、烘干后得到改性纳米粉体。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或钛酸酯偶联剂NZD-201中的一种，所述偶联剂的添加量是纳米改性剂重量用量的0.5-1％。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸选自硬脂酸、棕榈酸、油酸中的至少一种；所述催化剂选自三氟化硼乙醚、四氯化锡中的至少一种；所述无机改性剂选自六偏磷酸钠 、六偏磷酸钾中的至少一种；所述助流剂选自膨润土、胶体硅、聚乙烯亚胺中的至少一种；所述碱选自二乙醇胺、三乙醇胺、三亚乙基二胺、氢氧化钠 、氢氧化钾中的至少一种；所述杀菌剂选自5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、溴硝醇中的至少一种。
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Denomination of invention: A Nano Modified Lubricant for Paper Making

Effective date of registration: 20230407

Granted publication date: 20221227

Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. Shanghai branch

Pledgor: SHANGHAI DONGSHENG NEW MATERIALS Co.,Ltd.

Registration number: Y2023310000114

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