CN114230722B - 一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法 - Google Patents

一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法，属于造纸高分子助剂技术领域。本发明的方法是单独分别将阳离子单体、阴离子单体进行初级聚合，再将阴、阳离子单体初级聚合物与丙烯酰胺、引发剂、交联剂、链转移剂及pH调节剂混合，再进行次级聚合，从而得到嵌段型的两性聚丙烯酰胺纸张干强剂。本发明方法制备的干强剂阴阳电荷分布区域明显，阴阳电荷间相互作用可调控，与纸浆纤维结合强，纸张增强效果优异且批次稳定、pH体系适用范围更广等优点，可直接替代目前市场上现有的两性聚丙酰胺干强剂进行使用，市场前景广阔。

Description

一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法，属于造纸高分子助剂技术领域。
背景技术
纸张干强剂是一类在造纸过程中添加的化学助剂，既能与纸张纤维素中羟基形成氢键作用，同时又能与纤维素中负离子产生电荷相互作用，从而增加干燥后制成的纸制品的强度。过去，大量使用天然高分子材料淀粉作为干强剂，但目前使用最广泛的是合成高分子材料丙烯酰胺聚合物，包括阴离子型聚丙烯酰胺、阳离子型聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺，其中两性聚丙烯酰胺综合效果最为优异。两性聚丙烯酰胺传统的制造方法大体上分为两种，第一种方法是将丙烯酰胺、阴离子单体、阳离子单体及其他功能性单体在水中全部混合均匀后加入反应瓶，后滴加引发剂进行聚合；第二种方法是同时往反应瓶内分别滴加引发剂溶液和丙烯酰胺、阴离子单体、阳离子单体及其他功能单体的均匀混合溶液。在这两种制备方法中，丙烯酰胺、阴离子单体和阳离子单体在结构上是无规共聚的，由于阳离子单体比例不高，而又分布广泛，且存在与链间阴离子电荷的相互作用，需要较高的酸性条件下才能产生较好的电离效果，综合减弱了阳离子单体与纤维素中负离子之间的结合作用，导致增强作用效率低，需要更高含量比例的阳离子单体，进而加大了体系成本。总之，目前市场上现有的两性聚丙烯酰胺干强剂存在着适用pH体系范围相对窄、阴阳离子单体分布杂乱、阴阳离子电荷相互间作用不可控、与纸浆纤维结合效果不稳定而导致的批次性能差异大等问题均与其中阳离子单体的电荷密度和分布密切相关。
发明内容
本发明的目的是解决现有两性聚丙烯酰胺造纸干强剂的上述问题，提供一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂及其制备方法。
本发明的技术方案是一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂的制备方法，包括步骤如下：
步骤A、分别进行阳离子单体初级共聚、阴离子单体初级共聚：在氮气氛围、40～100℃、搅拌条件下，分别向阳离子单体溶液和阴离子单体水溶液中滴加引发剂，滴加速度2.5～10毫升/小时，滴完后保温反应0.5～2小时，冷却至室温，得到阳离子单体初级聚合产物和阴离子单体初级聚合产物；所述的阳离子单体为(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯，(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯，(甲基)丙烯酸二乙氨基丙酯的无机酸(盐酸、硫酸)或有机酸(甲酸、乙酸)或铵盐形式、(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、二烯丙稀二甲基氯化铵中的至少一种；所述的阴离子单体为(甲基)丙烯酸、巴豆酸、马来酸(酐)、衣康酸、苯乙烯磺酸或者这些各种有机酸的钠盐、钾盐中的至少一种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的至少一种；
步骤B、次级聚合制备嵌段型两性聚丙烯酰胺：将步骤A得到的阳离子单体初级聚合产物和阴离子单体初级聚合产物与丙烯酰胺、交联剂、链转移剂混合均匀，调节pH为3，在氮气氛围、40～100℃、搅拌条件下，滴加引发剂溶液，控制滴加时间0.5～2小时，滴完后保温反应0.5～2小时，降至室温分别得到嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂；所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、N,N-二烯丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述的链转移剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、十二硫醇或甲基丙烯磺酸钠中的至少一种。
具体的，步骤A和B中，所述搅拌设置转速30～500转/分钟。
优选的，步骤A中，所述的阳离子单体为(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐和/或丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵。
优选的，步骤A中，所述的阴离子单体为甲基丙烯酸和/或衣康酸。
具体的，步骤A和B中，引发剂的整体用量为丙烯酰胺重量的0.1～0.5％。
其中，步骤B中，按电荷摩尔比计，阳离子初级聚合物:阴离子初级聚合物＝1:(0.1～0.99)。
进一步的，步骤B中，阴、阳离子单体初级聚合产物总量5～30份、丙烯酰胺60～90份、交联剂为0.5～5份、链转移剂0.5～5份。
其中，步骤B中，所述的链转移剂为亚硫酸氢钠或甲基丙烯磺酸钠。
具体的，所述pH的调节剂为根据产物最终pH所需，可以是盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、氨水等其中的一种或多种，优选硫酸或氨水。
本发明还提供了所述方法制备得到的纸张干强剂。
本发明制备方法中，步骤A和B中应待温度体系稳定后滴加引发剂。
与现有技术相比，本发明的有益结果：
本发明的嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂，分别将阴阳离子嵌段分布区域集中有序化，可在更宽的pH体系下容易电离，最大程度的集中阳离子电荷的增强效应，与纸浆纤维结合强，纸张增强效果优异，另外可相对减少其在整个体系中的比例，能有效降低成本，最主要的是嵌段共聚无论是分子量还是比例均可调控，批次重复性稳定。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施方式对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
实施例1采用本发明方法制备纸张干强剂
阳离子初级聚合：将20克水、10克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化铵置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1h，滴完后，保温反应1h后，降至室温，得到阳离子初级聚合产物；
阴离子初级聚合：将10克水、5克丙烯酸置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加2.5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到阴离子初级聚合产物；
嵌段型聚丙烯酰胺聚合物：将150克水、15克阳离子初级聚合物、7.5克阴离子初级聚合物、22.5克丙烯酰胺、0.5克N-羟甲基丙烯酰胺、0.4克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，硫酸调节体系pH为3，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加10毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
实施例2采用本发明方法制备纸张干强剂
阳离子初级聚合：将20克水、10克丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1h，滴完后，保温反应1h后，降至室温，得到阳离子初级聚合产物；
阴离子初级聚合：将6克水、3克衣康酸置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加1.5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到阴离子初级聚合产物；
嵌段型聚丙烯酰胺聚合物：将130克水、15克阳离子初级聚合物、4.5克阴离子初级聚合物、19.5克丙烯酰胺、0.4克N-羟甲基丙烯酰胺、0.35克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，硫酸调节体系pH为3，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加10毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
实施例3采用本发明方法制备纸张干强剂
阳离子初级聚合：将20水、5克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化铵、5克丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1h，滴完后，保温反应1h后，降至室温，得到阳离子初级聚合产物；
阴离子初级聚合：将8水、2.5克丙烯酸、1.5衣康酸置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加2毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到阴离子初级聚合产物；
嵌段型聚丙烯酰胺聚合物：将140克水、15克阳离子初级聚合物、6克阴离子初级聚合物、21克丙烯酰胺、0.45克N-羟甲基丙烯酰胺、0.35克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，硫酸调节体系pH为3，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加10毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
对比例1传统两性聚丙烯酰胺制备方法
将160克水、5克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化铵、2.5克丙烯酸、22.5克丙烯酰胺、0.5克N-羟甲基丙烯酰胺、0.4克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加15毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
对比例2只进行阳离子初级共聚
阳离子初级聚合：将20水、10克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化铵置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1h，滴完后，保温反应1h后，降至室温，得到阳离子初级聚合产物；
将150克水、15克阳离子初级聚合物、2.5克丙烯酸、22.5克丙烯酰胺、0.5克N-羟甲基丙烯酰胺、0.4克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加15毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
对比例3只进行阴离子初级共聚
阴离子初级聚合：将10水、5克丙烯酸置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加2.5毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到阴离子初级聚合产物；
将158克水、5克甲基丙烯酸二甲氨基乙酯氯化铵、5克阴离子初级聚合物、22.5克丙烯酰胺、0.5克N-羟甲基丙烯酰胺、0.4克甲基丙烯磺酸钠置于装有机械搅拌、滴液漏斗、回流冷凝器和氮气入口管的四口烧瓶中，边通入氮气边升温至60℃，缓慢滴加15毫升，溶度为0.01克/毫升的过硫酸铵水溶液，滴加时间1小时，滴完后，保温反应1小时后，降至室温，得到固含量为15％的淡黄色透明粘稠液体即嵌段型聚丙烯酰胺纸张干强剂。
实施例和对比例的纸张增强性能表征按照按照国标GB/T24325-2009进行打浆，按国标GB/T 24326-2009规定进行试样的制备，定量75g/m2，干强剂用量3％(相对于原液)，按国标GB/T 450-2008规定采取试样，按国标GB/T 10739-2002将试样放入恒温恒湿实验室，温度(23±1)℃，相对湿度50％±2％，放置时间4h以上，使其水分含量进入到可重复状态，按国标GB/T12914进行了纸张的抗张指数、耐破指数、耐折度的性能测试。测试结果如表1所示。
表1实施例、对比例及市场上进口干强剂商品的性能对比
从表1的结果可以明显看出，本发明的嵌段型两性聚丙烯酰胺干强剂纸张增强效果优异，且相比于对比例中传统的两性聚丙烯酰胺、单独的阳离子初级聚合、阴离子初级聚合以及进口商品，在抗张指数、耐破指数和耐折度几个关键性能指标上都明显更优，完全可以替代现有进口商品进行使用，市场前景非常广阔。
以上所述的本发明实施例，并非对本发明技术方案做任何形式上的限制。凡是根据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围。

Claims (8)

1.一种嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤A、分别进行阳离子单体初级共聚、阴离子单体初级共聚：在氮气氛围、40～100℃、搅拌条件下，分别向阳离子单体溶液和阴离子单体水溶液中滴加引发剂，滴加速度2.5～10毫升/小时，滴完后保温反应0.5～2小时，冷却至室温，得到阳离子单体初级聚合产物和阴离子单体初级聚合产物；所述的阳离子单体为(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯，(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯，(甲基)丙烯酸二乙氨基丙酯的盐酸、硫酸、甲酸、乙酸或铵盐形式，(甲基)丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵，二烯丙稀二甲基氯化铵中的至少一种；所述的阴离子单体为(甲基)丙烯酸、巴豆酸、马来酸(酐)、衣康酸、苯乙烯磺酸或者这些有机酸的钠盐、钾盐中的至少一种；所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的至少一种；
步骤B、次级聚合制备嵌段型两性聚丙烯酰胺：将步骤A得到的阳离子单体初级聚合产物和阴离子单体初级聚合产物与丙烯酰胺、交联剂、链转移剂混合均匀，调节pH为3，在氮气氛围、40～100℃、搅拌条件下，滴加引发剂溶液，控制滴加时间0.5～2小时，滴完后保温反应0.5～2小时，降至室温分别得到嵌段型两性聚丙烯酰胺纸张干强剂；所述的交联剂为N-羟甲基丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、N,N-二烯丙基丙烯酰胺中的至少一种；所述的链转移剂为亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、十二硫醇或甲基丙烯磺酸钠中的至少一种；按电荷摩尔比计，阳离子初级聚合物:阴离子初级聚合物＝1:(0.1～0.99)；阴、阳离子单体初级聚合产物总量5～30份、丙烯酰胺60～90份、交联剂为0.5～5份、链转移剂0.5～5份。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤A和B中，所述搅拌设置转速30～500转/分钟。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤A和B中，步骤A中，所述的阳离子单体为(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯季铵盐和/或丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤A和B中，步骤A中，所述的阴离子单体为(甲基)丙烯酸和衣康酸。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤A和B中，引发剂的整体用量为丙烯酰胺重量的0.1～0.5％。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤B中，所述的链转移剂为亚硫酸氢钠或甲基丙烯磺酸钠。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述pH的调节剂为盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、氨水中的一种或多种。
8.权利要求1～7任一项所述方法制备得到的纸张干强剂。
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