CN114163569A - 一种耐水型表面施胶剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耐水型表面施胶剂，其制备方法包括如下步骤：将氧化淀粉和水混合，升温，加入液碱，调整pH值至11以上，继续升温至60‑80℃，加入交联剂反应制得交联氧化淀粉；将所述交联氧化淀粉和水混合后升温至80‑90℃，加入引发剂；滴加(甲基)苯乙烯和(甲基)丙烯酸酯类单体，反应后冷却出料，得到所述耐水型表面施胶剂。本发明耐水型表面施胶剂与糊化后的氧化淀粉复配后得到的施胶液用于纸张表面施胶，可大幅度提升纸张的耐水性，降低纸张的Cobb值。
Description
技术领域
本发明涉及造纸表面施胶剂技术领域，尤其涉及一种耐水型表面施胶剂及其制备方法和应用。
背景技术
国内瓦楞原纸的生产多利用废纸，由于其中含有杂质较多，所以纸张的耐水性较差。常常采用表面施胶的方法提高瓦楞原纸的耐水性。近年来，各类表面施胶剂的发展迅速，尤其是合成高分子类表面施胶剂以其优良的施胶效果和印刷性能成为当前研究的热点。然而以改性淀粉为代表的天然高分子类表面施胶剂因为价格低廉、易降解、无污染等特点仍将在很长时间内其用量占较大的比例。并且淀粉分子结构与纸张纤维的分子结构极其相似，与纸张亲和力较强。然而，淀粉分子量较低，覆盖在纸张表面上的淀粉胶膜在烘干过程中会随水分蒸发而断裂，表现为纸张耐水性较差，印刷过程中易出现掉毛或掉粉等现象。
CN100500995C公布了一种表面施胶剂的制备方法，其在四口烧瓶中加入去离子水、分散剂、乳化剂、引发剂、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯进行自由基乳液聚合，30℃～95℃条件下反应时间为2-6小时，即获得产品；所说的分散剂为明胶，引发剂为过硫酸盐。
CN107604765A也公开了一种表面施胶剂及其制备方法，其中表面施胶剂按重量百分含量包括以下原料组分：主体成分20％-40％，亲水树脂3％-15％，防霉剂2％-12％，乙烯吸收剂1％-6％，助剂0.5％-2％，水50％-70％；其中所述主体成分选自松香、明胶、和淀粉中的一种或多种。
以上专利文献中合成了两种表面施胶剂，其中CN100500995C采用了明胶为分散剂通过乳液聚合得到稳定的表面施胶剂乳液，CN107604765A直接采用淀粉、明胶等天然高分子为表面施胶剂。这些施胶剂的耐水性能有待进一步提高。
发明内容
为克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种耐水型表面施胶剂，以及该耐水型表面施胶剂的制备方法和在纸张表面施胶中的应用。
本发明是采用如下技术方案实现的：
本发明的第一方面是提供一种耐水型表面施胶剂的制备方法，包括如下步骤：
S1，将氧化淀粉和水混合，升温，加入液碱，调整pH值至11以上，继续升温至60-80℃，加入交联剂反应制得交联氧化淀粉；
S2，将所述交联氧化淀粉和水混合后升温至80-90℃，加入引发剂；
S3，滴加(甲基)苯乙烯和(甲基)丙烯酸酯类单体，滴加时间为1.5-3.0h，继续反应1.0-2.0h后冷却出料，得到所述耐水型表面施胶剂。
作为优选的技术方案，各组分的用量按重量份数计分别如下：氧化淀粉20-60份、液碱6-18份、交联剂6-18份、(甲基)苯乙烯100份、(甲基)丙烯酸酯类单体40-100份、引发剂0.5-5份、水适量。
优选的，所述交联剂选自甲醛、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的至少一种。
优选的，所述(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸环已酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
优选的，所述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二月桂酸、过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠、双氧水-硫酸亚铁、过硫酸钠-亚硫酸钠、过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸钠-次亚磷酸钠中的至少一种。
其中水是用于分散各组分，本领域技术人员可以容易地根据产品实际使用的需要，调节水的用量。优选500-890重量份。当然，根据产品实际使用的需要，还可在本发明配方中加入适量水以调节最终产品的固含量，例如可再加入300-1200重量份的水。
本发明的第二方面是提供一种耐水型表面施胶剂，其采用交联氧化淀粉为原料，与苯乙烯类和丙烯酸酯类单体形成接枝共聚物型施胶剂，固含量为25-30wt％，pH为2-4。
本发明的第三方面是提供上述耐水型表面施胶剂在纸张表面施胶中的应用，具体是将所述耐水型表面施胶剂与糊化后的氧化淀粉按照质量比2.0-4.0：100(两者均为绝干量)复配得到施胶液，用于纸张表面施胶。
本发明通过对氧化淀粉进行交联，同时采用乳液聚合的方式得到了淀粉接枝的聚合物施胶剂。该接枝淀粉聚合物大幅度提高表面施胶的效果，大幅降低纸张的Cobb值。这可能是由于合成出的接枝淀粉聚合物分子量大，从而加强了聚合物与纸张纤维的结合力，从而大大提升了纸张的耐水性，降低纸张的Cobb值。
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：氧化淀粉为广西红豪生物有限公司，牌号102的产品。
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：
pH值采用PHS-3C精密pH计测定；
Cobb值采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的XSH型可勃吸收性测定仪按GB/T1540-1989的方法检测待测纸样。
实施例1
耐水型表面施胶剂的制备：
将20克氧化淀粉、190克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至40℃，加入6g液碱，调整pH至11以上，升温至70℃，反应30min后，加入16g甲醛溶液，反应4hr后，加入150g去离子水；升温至90℃，加入2.5g过硫酸钾，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、60g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加0.7g过硫酸铵、140g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.4，固含量＝27.8％。
实施例2
耐水型表面施胶剂的制备：
将30克氧化淀粉、200克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至45℃，加入9g液碱，调整pH至11以上，升温至75℃，反应30min后，加入16g环氧丙烷，反应4hr后，加入150g去离子水；升温至90℃，加入0.4g过硫酸铵，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、70g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加0.8g过硫酸铵、150g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.7，固含量＝28.2％。
实施例3
耐水型表面施胶剂的制备：
将40克氧化淀粉、200克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至45℃，加入10g液碱，调整pH至11以上，升温至65℃，反应30min后，加入12g环氧氯丙烷，反应4hr后，加入160g去离子水；升温至90℃，加入2.5g叔丁基过氧化氢，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、75g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加3.0g叔丁基过氧化氢、150g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.6，固含量＝27.4％。
实施例4
耐水型表面施胶剂的制备：
将50克氧化淀粉、210克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至45℃，加入11g液碱，调整pH至11以上，升温至65℃，反应30min后，加入14g环氧氯丙烷，反应4hr后，加入190g去离子水；升温至90℃，加入2.5g过氧化苯甲酸叔丁酯，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、80g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加3.0g过氧化苯甲酸叔丁酯、160g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.5，固含量＝28.5％。
实施例5
耐水型表面施胶剂的制备：
将50克氧化淀粉、220克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至40℃，加入15g液碱，调整pH至11以上，升温至70℃，反应30min后，加入16g环氧氯丙烷，反应4hr后，加入200g去离子水；升温至90℃，加入1.5g过硫酸钠，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、70g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加2.0g过硫酸钠、160g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.4，固含量＝28.1％。
实施例6
耐水型表面施胶剂的制备：
将60克氧化淀粉、240克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至45℃，加入16g液碱，调整pH至11以上，升温至75℃，反应30min后，加入18g环氧氯丙烷，反应4hr后，加入210g去离子水；升温至90℃，加入1.5g过氧化二月桂酸，反应10分钟后滴加混合单体(100g苯乙烯、80g丙烯酸丁酯)1.5hr滴加完成。滴加单体的同时滴加2.0g过氧化二月桂酸、150g去离子水溶液，2hr滴完。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得表面施胶剂，pH＝3.5，固含量＝27.5％。
对比例1
按中国专利CN100500995C实施例4的方法制备施胶剂。
对比例2
将20克氧化淀粉、190克去离子水混合于一起，加入四口烧瓶中升温至90℃后滴加混合单体(100g苯乙烯、60g丙烯酸丁酯、150g去离子水)，加入2.5g过硫酸钾和0.7g过硫酸铵(溶于140g去离子水中制成溶液)，1.5hr滴加完成。滴加完成后继续反应1hr。冷却后经325目滤网过滤得苯丙乳液，pH＝2.8，固含量＝28.3％。
应用实施例
将实施例1-6和对比例1-2制备的施胶剂，用去离子水稀释至15wt％。
施胶液的配制：配制500克10wt％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入对比例与实施例1～5配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)：施胶剂(湿)＝50：3)，再加水稀释至8wt％。
在瓦楞纸上表面施胶：
分别使用实施例1-6和对比例1-2施胶剂配制的施胶液在瓦楞纸上使用，在实验室小型施胶机上，以相同的施胶量(单面2.5g/m2)分别进行单面施胶，施胶后的纸样以相同的温度、时间(150℃*20s)在上光机上进行干燥，纸样熟化5min后进行测定。具体测定结果如表1所示：
表1纸样Cobb值检测指标
从上述应用结果可以看出：使用本发明的表面施胶剂，与对比例相比，能大幅降低纸张的Cobb值。
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)
1.一种耐水型表面施胶剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将氧化淀粉和水混合，升温，加入液碱，调整pH值至11以上，继续升温至60-80℃，加入交联剂反应制得交联氧化淀粉；
S2，将所述交联氧化淀粉和水混合后升温至80-90℃，加入引发剂；
S3，滴加(甲基)苯乙烯和(甲基)丙烯酸酯类单体，滴加时间为1.5-3.0h，继续反应1.0-2.0h后冷却出料，得到所述耐水型表面施胶剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各组分的用量按重量份数计分别如下：氧化淀粉20-60份、液碱6-18份、交联剂6-18份、(甲基)苯乙烯100份、(甲基)丙烯酸酯类单体40-100份、引发剂0.5-5份、水适量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联剂选自甲醛、环氧丙烷、环氧氯丙烷中的至少一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸环已酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二月桂酸、过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水、叔丁基过氧化氢、过硫酸钠、双氧水-硫酸亚铁、过硫酸钠-亚硫酸钠、过硫酸钠-亚硫酸氢钠、过硫酸钠-次亚磷酸钠中的至少一种。
6.采用权利要求1-5任一项方法制备的耐水型表面施胶剂。
7.采用权利要求1-5任一项方法制备的耐水型表面施胶剂在纸张表面施胶中的应用。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，是将所述耐水型表面施胶剂与糊化后的氧化淀粉按照质量比2.0-4.0：100复配得到施胶液，用于纸张表面施胶。
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