CN114292369B - 一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂及其制备方法和应用，预聚阶段，在反应釜中按比例加入丙烯酰胺、第一单体、水，开启搅拌，并通入氮气，滴加引发剂和还原剂，滴加完后保温，形成预聚体；接枝聚合，按比例在预聚体中加入丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体、引发剂和还原剂，保温1‑3h，降温至室温，形成接枝聚合物；乙二醛交联：在接枝聚合物中加入水并混合，调节pH至7.0‑8.5，滴加乙二醛，反应后，用酸将体系的pH值调节至2‑4，出料，得到产品。产品分散性、耐剪切性能好，同时含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可获得优异的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域，尤其涉及一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂及其制备方法和应用。
背景技术
纸是用以书写、印刷、绘画或包装等的片状纤维制品。一般由经过制浆处理的植物纤维的水悬浮液，在网上交错的组合，初步脱水，再经压缩、烘干而成。纸张在日常生活中使用极广，因此其需求量极大。
当然，随着技术的进步，造纸的成本也在逐年降低，但是也造成了造纸行业内部竞争的加剧。随着造纸行业竞争的不断加剧，大型造纸企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的造纸生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。
随着造纸行业的不断发展，现代纸机速度也越来越快，仅通过设备改造已不能满足需求，这时候要求提高纸张的脱水效率；造纸湿部环境千变万化，现场高温高速度搅拌、阴离子垃圾多，现有的乙二醛改性聚丙烯酰胺类产品效果有限，保存时间短，现在市场十分需要一种多功能增强滤水剂，以适应高温高剪切环境，有效提升车速，提升保留和强度性能，减少其他助剂使用量以获得优异的综合性能，节能减排。
因此本发明专利的发明人，针对上述技术问题，旨在发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂及其制备方法和应用。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂及其制备方法和应用。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，包括以下重量的原料：
预聚阶段：丙烯酰胺100份，第一单体5-130份，引发剂0.3-5份，还原剂0.6-15份，水200-800份；
接枝交联：丙烯酰胺100份，阳离子单体30-150份，交联单体不超过20份，引发剂1.5-10份，还原剂2-15份；
乙二醛不超过丙烯酰胺总重量的70％。即不超过200份的70％。
进一步的，还包括pH调节剂和水。
进一步的，所述pH调节剂为酸或碱，所述酸包括硫酸、盐酸、醋酸、碳酸、甲酸、磷酸中的至少一种；所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的至少一种。
进一步的，所述第一单体为甲基丙烯酸聚乙二醇酯、衣康酸聚乙二醇酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚丙二醇丙烯酸酯中的至少一种，且平均分子量为200-3000g/mol。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种。
进一步的，所述还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠中的一种或多种。
进一步的，所述阳离子单体包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰乙二胺盐酸盐、聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(PQDMA)中的至少一种。
进一步的，所述交联单体包括聚乙二醇二衣康酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的制备方法，包括以下步骤：
预聚阶段，在反应釜中按比例加入丙烯酰胺、第一单体、水，开启搅拌，并通入氮气，升温至80-90℃，滴加引发剂和还原剂并在1-2h加完，滴加完后保温0.5-2h，形成预聚体；
接枝聚合，按比例在预聚体中加入丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体、引发剂和还原剂，并在80-95℃滴加1.5-3h，并保温1-3h，降温至室温，形成接枝聚合物；
乙二醛交联：在接枝聚合物中加入水并混合，调节pH至7.0-8.5，滴加乙二醛10-30min，在20-40℃反应0.5-4h，用酸将体系的pH值调节至2-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
进一步的，高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂在造纸中应用。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的有益效果是，本发明制备的产品与同类产品相比，通过丙烯酰胺与丙烯酸聚乙二醇酯等的预聚，形成了以碳链为骨架，聚醚为侧链的预聚体；接着与丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体共聚，形成树状高支链丙烯酰胺共聚物；最后可采用少量乙二醛交联，制得成品。产品分散性、耐剪切性能好，同时含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可获得优异的综合性能。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的制备方法的有益效果是，此方法简单可靠，且整体的制备温度不超过100度，能有效的保证安全性，同时保证了各个步骤的反应过程能顺利进行，最终得到高质量的高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂在造纸中的应用的有益效果是，将此高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂应用在造纸中，此滤水剂产品的分散性、耐剪切性能好，同时含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可使得纸张获得优异的综合性能。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例中的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，包括以下重量的原料：
预聚阶段：丙烯酰胺100份，第一单体5-130份，引发剂0.3-5份，还原剂0.6-15份，水200-800份；
接枝交联：丙烯酰胺100份，阳离子单体30-150份，交联单体不超过20份，引发剂1.5-10份，还原剂2-15份；
乙二醛不超过丙烯酰胺总重量的70％。
进一步的，还包括pH调节剂和水。
进一步的，pH调节剂为酸或碱，酸包括硫酸、盐酸、醋酸、碳酸、甲酸、磷酸中的至少一种；碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的至少一种。
进一步的，第一单体为甲基丙烯酸聚乙二醇酯、衣康酸聚乙二醇酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚丙二醇丙烯酸酯中的至少一种，且平均分子量为200-3000g/mol。
进一步的，引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种。
进一步的，还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠中的一种或多种。
进一步的，阳离子单体包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰乙二胺盐酸盐、聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(PQDMA)中的至少一种。
进一步的，交联单体包括聚乙二醇二衣康酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的制备方法，包括以下步骤：
预聚阶段，在反应釜中按比例加入丙烯酰胺、第一单体、水，开启搅拌，并通入氮气，升温至80-90℃，滴加引发剂和还原剂并在1-2h加完，滴加完后保温0.5-2h，形成预聚体；
接枝聚合，按比例在预聚体中加入丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体、引发剂和还原剂，并在80-95℃滴加1.5-3h，并保温1-3h，降温至室温，形成接枝聚合物；
乙二醛交联：在接枝聚合物中加入水并混合，调节pH至7.0-8.5，滴加乙二醛10-30min，在20-40℃反应0.5-4h，用酸将体系的pH值调节至2-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
进一步的，高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂在造纸中应用。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的有益效果是，本发明制备的产品与同类产品相比，通过丙烯酰胺与丙烯酸聚乙二醇酯等的预聚，形成了以碳链为骨架，聚醚为侧链的预聚体；接着与丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体共聚，形成树状高支链丙烯酰胺共聚物；最后可采用少量乙二醛交联，制得成品。产品分散性、耐剪切性能好，同时含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可获得优异的综合性能。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的制备方法的有益效果是，此方法简单可靠，且整体的制备温度不超过100度，能有效的保证安全性，同时保证了各个步骤的反应过程能顺利进行，最终得到高质量的高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
本发明一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂在造纸中的应用的有益效果是，将此高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂应用在造纸中，此滤水剂产品的分散性、耐剪切性能好，同时含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可使得纸张获得优异的综合性能。
实施例1
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的1L烧瓶内通氮气，加入丙烯酰胺(晶体)100g、甲基丙烯酸聚乙二醇酯32g、水适量，开启搅拌，升温至80℃，滴加过硫酸铵1.3g(配制水溶液)和亚硫酸氢钠2.6g(配成水溶液)，总加水量304g，80-85℃滴加1h，滴加完后保温0.5-1h。
将60％二甲基二烯丙基氯化铵50g、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯2g、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯5g、水100g加入预聚体中，升温至80℃，滴加丙烯酰胺水溶液(100g晶体+100g水)，过硫酸铵4g(配制水溶液)、亚硫酸氢钠6g(配制水溶液)，2-3h滴加完，保温2h。降温，得806g产品。
乙二醛交联：上述产品200g、水265g、混合，调节产品pH至7.0-8.5，滴加乙二醛15g，滴加10min，30℃交联60min，调节pH至3-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
实施例2
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的1L烧瓶内通氮气，加入丙烯酰胺(晶体)100g、甲基丙烯酸聚乙二醇酯128g、水(适量)，开启搅拌，升温至80℃，滴加过硫酸钾2.3g(配制水溶液)和焦亚硫酸钠4.6g(配成水溶液)，总加水量425g，80-85℃滴加1h，滴加完后保温1h。
将60％二甲基二烯丙基氯化铵120g、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯5g、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯10g、水100g加入预聚体中，升温至80℃，滴加丙烯酰胺水溶液(100g晶体+100g水)，过硫酸钾3g(配制水溶液)、焦亚硫酸钠6g(配制水溶液)，2-3h滴加完，保温2h。降温。得1104g产品。
乙二醛交联：上述产品200g、水340g、混合，调节产品pH至7.0-8.5，滴加乙二醛22g，滴加20min，35℃交联30min，调节pH至3-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
实施例3
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的1L烧瓶内通氮气，加入丙烯酰胺(晶体)100g、衣康酸聚乙二醇酯128g、水(适量)，开启搅拌，升温至80℃，滴加过硫酸钾1.7g(配制水溶液)和亚硫酸氢钠2.3g(配成水溶液)，总加水量460g，80-85℃滴加1h，滴加完后保温1h。
将甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵120g、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯5g、聚乙二醇二衣康酸酯5g、水100g加入预聚体中，升温至85℃，滴加丙烯酰胺水溶液(100g晶体+100g水)，过硫酸钾3g(配制水溶液)、亚硫酸氢钠6g(配制水溶液)，2-3h滴加完，保温3h。降温。得1104g产品。
乙二醛交联：上述产品200g、水350g、混合，调节产品pH至7.0-8.5，滴加乙二醛25g，滴加30min，30℃交联90min，调节pH至3-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
实施例4
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的1L烧瓶内通氮气，加入丙烯酰胺(晶体)100g、聚乙二醇丙烯酸酯95g、水(适量)，开启搅拌，升温至80℃，滴加过硫酸钠3g(配制水溶液)和亚硫酸钠6g(配成水溶液)，总加水量460g，80-85℃滴加1h，滴加完后保温1h。
将2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵60g、甲基丙烯酸缩水甘油酯10g、聚丙二醇二丙烯酸酯10g、水100g加入预聚体中，升温至80℃，滴加丙烯酰胺水溶液(100g晶体+100g水)，过硫酸钠2.5g(配制水溶液)、亚硫酸钠6g(配制水溶液)，2-3h滴加完，保温3h。降温。得1144g产品。
对实施例1-4制备的成品进行测试。对比市售商品，添加量10kg原液/t浆，纸张性能测试结果列于表1，滤水(加拿大游离度测试仪)及保留性能测试结果列于表2。
表1纸张物性
| 空白 | 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 定量 | 150.2 | 151.2 | 152.6 | 151.7 | 151.5 | 151.3 |
| 环压指数(N*m/g) | 8.8 | 9.5 | 9.9 | 9.7 | 9.8 | 9.5 |
| 耐破指数(kPa.m2/g) | 2.3 | 2.4 | 2.6 | 2.5 | 2.7 | 2.5 |
| 抗张指数(N*m/g) | 19.1 | 20.2 | 21.8 | 21 | 20.9 | 21.0 |
| 层间结合强度(J/m2) | 180 | 200 | 208 | 206 | 200 | 200 |
从表1可以看出：使用本发明实施例1～4制备的增强滤水剂产品，比空白及市面上同类产品，有更好的强度性能。
表2滤水及首程留着率
| 空白 | 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 滤水(ml) | 450 | 480 | 510 | 518 | 520 | 495 |
| 首程留着率(％) | 85 | 88 | 91 | 90 | 92 | 89 |
从表2可以看出：使用本发明实施例1～4制备的增强滤水剂产品，比空白及市面上同类产品，滤水速度明显加快，首程留着率显著提升。
综上，本发明制备的高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂与现有技术制备的滤水增强剂相比，具有如下特点和优点：通过丙烯酰胺与丙烯酸聚乙二醇酯等的接枝，形成了以碳链为骨架，聚醚为侧链的预聚体。接着与丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体共聚，形成树状高支链丙烯酰胺共聚物。最后采用少量乙二醛交联，制得成品。相比同类产品，分散性、耐高温、耐剪切性能好，含有的醛基、环氧基、阳离子官能团使得其功能多元化，在提升滤水保留、提高强度方面效果显著，替代干强剂使用可减少其他助剂使用量并获得优异的综合性能，节能减排。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于，包括以下重量的原料：
预聚阶段：丙烯酰胺100份，第一单体5-130份，引发剂0.3-5份，还原剂0.6-15份，水200-800份；
接枝交联：丙烯酰胺100份，阳离子单体30-150份，交联单体不超过20份，引发剂1.5-10份，还原剂2-15份；
乙二醛不超过丙烯酰胺总重量的70%；
所述第一单体为甲基丙烯酸聚乙二醇酯、衣康酸聚乙二醇酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚丙二醇丙烯酸酯中的至少一种；
所述阳离子单体包括甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰乙二胺盐酸盐、2-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵中的至少一种；
所述交联单体包括聚乙二醇二衣康酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
2. 根据权利要求1所述的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于： 还包括pH调节剂和水。
3.根据权利要求2所述的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于：所述pH调节剂为酸和碱，所述酸包括硫酸、盐酸、醋酸、碳酸、甲酸、磷酸中的至少一种；所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于：所述第一单体平均分子量为200-3000g/mol。
5.根据权利要求1所述的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂，其特征在于：所述还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、连二亚硫酸钠、焦亚硫酸钠中的一种或多种。
7.一种权利要求1-6中的任一项所述的高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
预聚阶段，在反应釜中按比例加入丙烯酰胺、第一单体、水，开启搅拌，并通入氮气，升温至80-90℃，滴加引发剂和还原剂并在1-2h加完，滴加完后保温0.5-2h，形成预聚体；
接枝聚合，按比例在预聚体中加入丙烯酰胺、阳离子单体、交联单体、引发剂和还原剂，并在80-95℃滴加1.5-3h，并保温1-3h，降温至室温，形成接枝聚合物；
乙二醛交联：在接枝聚合物中加入水并混合，调节pH至7.0-8.5，滴加乙二醛10-30min，在20-40℃反应0.5-4h，用酸将体系的pH值调节至2-4，出料，得到高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂。
8.权利要求1-6中的任意一项所述的高支链聚丙烯酰胺增强滤水剂在造纸中的应用。
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