CN114395066B - 一种纸张防潮剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸张防潮剂及其制备方法，按重量计，包括如下组分：苯乙烯80‑160份；马来酸酐1‑5份；丙烯酸丁酯12‑24份；二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯1‑5份；阳离子功能性单体5‑10份；疏水性功能性单体20‑40份；乳化剂10‑20份；引发剂1‑3份；还原剂1‑2份；水385‑800份；硅灰石1‑2份。本发明的纸张防潮剂引进多种功能性特定比例单体进行聚合反应，其防潮剂聚合物中含有的大量的疏水性酯基、烃基等基团，防潮剂成膜后可以有效吸附在纸张表面，并在纸张表面形成致密的防水保护膜，从而有效提高纸张防潮性能；同时不同目数的硅灰石对原有防潮剂聚合物成膜结构的进行微观调整，进一步促进加固了成纸后防潮剂保护膜硬度，使综合使用后的防潮剂的抗水性能更优。

Description

一种纸张防潮剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及防潮剂，具体涉及一种纸张防潮剂及其制备方法。
背景技术
在现代造纸行业中，随着造纸涂布技术的发展我们对涂布颜料助剂也提出了更高的要求，涂料不仅保护着被涂覆物体的价值，同时由于其丰富的色彩也起到了很好的装饰作用。如今，随着人们的环保意识不断提高，水性涂料的发展得到了大力倡导，涂料中的固体成分如颜料和填料占据着重要的组成部分。
常规的纸张和纸板的主要成分是植物纤维，并且该类纤维具有良好的吸湿性，如果不对纸品表面进行有效处理，会使其严重受潮，从而影响正常的纸品使用。同时，在纸板和纸张的制造过程中，纸张内部一般会含有1％-6％的水分，但是，有些纸板及纸张的存放条件比较潮湿，特别是我国南方夏季，一旦梅雨季节到来，长时间下雨，会使空气的湿度很大，所以如果这时不做好纸板和纸张的防潮保护的话，会导致纸品吸水严重，从而严重影响纸品质量。所以需要一种优异的纸张防潮剂，去保护和控制成品纸张的抗水防潮以及长时间的正常使用。目前市面上的防潮剂种类较多，用量大，成本高，且总体效果不够明显。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种纸张防潮剂，以提高对纸张或纸板的防水性能，并且进一步提高纸张或纸板的环压指数和环压保留率，且防潮剂的加入量少，效果良好，降低成本，绿色环保。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种纸张防潮剂，按重量份计，包括如下组分：
所述阳离子功能性单体包括甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或两种；
所述疏水性功能性单体选自月桂酸乙烯酯、新壬酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、新十二酸乙烯酯中的一种或多种。
优选地，所述乳化剂包括阳离子乳化剂和非离子乳化剂，所述阳离子乳化剂包括十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵中的一种或多种；所述非离子乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种，且所述阳离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为1:1。
优选地，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮二甲异丁腈中的一种或多种。
优选地，所述还原剂包括焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、次亚磷酸钠中的一种或多种。
优选地，所述硅灰石包括600目纤维状造纸级硅灰石、800目纤维状造纸级硅灰石、1000目纤维状造纸级硅灰石中的一种或多种，所述硅灰石的长粒径比在20:1以内，且所述硅灰石的莫氏硬度范围为4.5-5.5。
本发明还提供了一种纸张防潮剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备预乳化液A：向乳化釜中加入115-240份水和5-15份乳化剂，搅拌均匀，再依次加入80-160份苯乙烯、12-24份丙烯酸丁酯、1-5份二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、5-10份阳离子功能性单体、20-40份疏水性功能性单体，搅拌制备出预乳化液A；
S2、制备引发剂溶液B：将0.5-2份引发剂溶解于46-100份的水中，配制成引发剂溶液B；
S3、制备还原剂溶液C：将1-2份还原剂溶解于46-100份的水中，配制成还原剂溶液C；
S4、向反应釜中加入154-320份水和1-5份马来酸酐，搅拌均匀并加热至40-50℃，待马来酸酐完全溶解后，再向反应釜中加入1-6份乳化剂进行均匀搅拌，并进一步升温至65-75℃，保温搅拌5-15min；
S5、加入5％-15％的S1中制备的预乳化液A，再加入含0.5-1份引发剂进的水溶液进行聚合反应，反应时间15-30min；
S6、把剩余的预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式加入进行聚合反应，待反应结束后，保温反应60-90min；
S7、降温至40℃以下，加入1-2份造纸级硅灰石，搅拌30-40min，加入水调节产品固含量，即得最终产品。
优选地，S1中，搅拌转速为500-800r/min，搅拌时间为15-30min。
优选地，S6中，反应时间为150-210min。
优选地，S7中，所述纸张防潮剂的固含量为24％-26％。
本发明的有益效果是：
1)本发明防潮剂通过控制阳离子功能性单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和新型疏水性功能单体新癸酸乙烯酯的质量比为1:2-4，使阳离子性防潮剂主链上带有较多数量的酯化支链，可以使防潮剂拥有更优的抗水防潮效果。
2)引进多种功能性单体，包括阳离子功能性单体和疏水性功能单体，结合苯乙烯、马来酸酐、丙烯酸丁酯、二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯等共聚合成的聚合物在成膜后可以有效吸附在纸张纤维表面，并在纸张表面形成致密的防水保护膜，从而有效提高纸张防潮性能。
3)本发明防潮剂在加入含有淀粉的应用评估体系中，可以使防潮剂阳离子聚合物、淀粉体系及纸张纤维之间进行更有效的交联作用，使原有的防潮剂成膜后更加稳固的吸附在纸张表面，从而更有效提高纸张的抗水性能和稳定性能。
4)引入多种不同目数的纤维状造纸级硅灰石和原有防潮剂聚合物进行微观改性和协同作用，可以在纸张表面形成多维网状的保护膜结构，从而对原有纸张保护膜进行多维度的硬度加固，从而明显增强了原有防潮剂成膜后的硬度，使协调微观改性后的防潮剂抗水性能更优异，且大大的提高了纸张的环压强度及环压保留率。
5)由防潮性能对比实验得知，本发明的纸张防潮剂有很好的抗水效果；且与目前市售防潮剂统一添加量进行应用评估比较，发现本发明防潮剂用量更少，效果好，且抗水性能比空白更好。本发明的纸张防潮剂在用于涂布纸张后，所得到的成品纸张具有良好的抗水防潮效果，其环压强度指数保留较好，完全满足成纸后期印刷和粘合，提高成纸平滑度及光泽度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，应该理解的是，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
制备预乳化液A：向预乳化器中加入115g水、5g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、5g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入80g苯乙烯，12g丙烯酸丁酯、2g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、5g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、20g新癸酸乙烯酯在500r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
制备引发剂溶液B：把1g的过硫酸铵加入到46g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
制备还原剂溶液C：把2g的还原剂加入到46g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入212g水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，向反应釜中加入剩余的3g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和3g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至65℃的温度下保温搅拌5-15min；
加入约24.4g的预乳化液A，再加入含0.8g过硫酸铵的6.8g水溶液进行聚合反应，反应时间15min；
把剩余的219.6g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间150min，待滴加聚合反应结束后，保温反应60min；
降温至35℃，加入约2g的600目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌30min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品纸张防潮剂。
实施例2
制备预乳化液A：向预乳化器中加入115g水、5g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、5g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入80g苯乙烯，12g丙烯酸丁酯、2g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、5g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、10g月硅酸乙烯酯、10g新癸酸乙烯酯在500r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
制备引发剂溶液B：把1g的过硫酸铵加入到46g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
制备还原剂溶液C：把2g的还原剂加入到46g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入212g水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，向反应釜中加入剩余的3g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和3g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至75℃的温度下保温搅拌5-15min；
加入约24.4g的预乳化液A，再加入含0.8g过硫酸铵的6.8g水溶液进行聚合反应，反应时间15min；
把剩余的219.6g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间150min，待滴加聚合反应结束后，保温反应60min；
降温至35℃，加入约2g的800目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌30min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品纸张防潮剂。
实施例3
向预乳化器中加入115g水、5g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、5g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入80g苯乙烯，12g丙烯酸丁酯、2g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、2.5g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、2.5g甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、10g月硅酸乙烯酯、10g新癸酸乙烯酯在500r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
把1g的过硫酸铵加入到46g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
把2g的还原剂加入到46g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入212g底水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，在向反应釜中加入剩余的3g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和3g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至70℃的温度下保温搅拌15min；
加入约24.4g的预乳化液A，再加入含1g过硫酸铵的7g水溶液进行聚合反应，反应时间25min；
把剩余的221.4g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间210min，待滴加聚合反应结束后，保温反应70min；
降温至38℃，加入约2g的1000目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌30min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品。
实施例4
向预乳化器中加入230g水、6g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、6g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入160g苯乙烯，24g丙烯酸丁酯、5g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、10g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、40g新癸酸乙烯酯在500r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
把2g的过硫酸铵加入到92g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
把2g的还原剂加入到92g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入371g底水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，在向反应釜中加入剩余的4g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和4g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至75℃的温度下保温搅拌10min；
加入约48.1g的预乳化液A，再加入含0.8g过硫酸铵的12.8g水溶液进行聚合反应，反应时间15min；
把剩余的432.9g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间150min，待滴加聚合反应结束后，保温反应80min；
降温至30℃，加入约2g的1000目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌35min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品。
实施例5
向预乳化器中加入230g水、6g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、6g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入160g苯乙烯，24g丙烯酸丁酯、5g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、10g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、20g月硅酸乙烯酯、20g新癸酸乙烯酯在700r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
把2g的过硫酸铵加入到92g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
把2g的还原剂加入到92g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入371g底水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，在向反应釜中加入剩余的4g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和4g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至75℃的温度下保温搅拌10min；
加入约48.1g的预乳化液A，再加入含0.8g过硫酸铵的12.8g水溶液进行聚合反应，反应时间15min；
把剩余的432.9g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间150min，待滴加聚合反应结束后，保温反应80min；
降温至30℃，加入约2g的800目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌35min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品。
实施例6
向预乳化器中加入230g水、6g阳离子乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵、6g非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，在搅拌条件下依次加入160g苯乙烯，24g丙烯酸丁酯、5g二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、5g甲基丙烯酸二甲基氯化铵、5g甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、20g新癸酸乙烯酯、20g新壬酸乙烯酯在700r/min搅拌速率下搅拌15min后，制备预乳化液A；
把2g的过硫酸铵加入到92g的水中溶解，制备引发剂溶液B；
把2g的还原剂加入到92g的水中溶解，制备还原剂溶液C；
向反应容器中加入371g底水和1g马来酸酐，均匀搅拌并加热至40℃，待马来酸酐完全溶解后，在向反应釜中加入剩余的4g乳化剂十六烷基二甲基苄基氯化铵和4g乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3，进行均匀搅拌，并进一步升温至75℃的温度下保温搅拌10min；
加入约48.1g的预乳化液A，再加入含0.8g过硫酸铵的12.8g水溶液进行聚合反应，反应时间15min；
把剩余的432.9g预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式进行聚合反应，反应时间150min，待滴加聚合反应结束后，保温反应80min；
降温至30℃，加入约2g的600目纤维状造纸级硅灰石，继续搅拌35min，调节产品固含量至25.0％左右，降温，出料，即得最终产品。
实施例7
防潮剂应用评估配方配制：向460g水中加入140g淀粉，并加入0.2g淀粉酶一起放入烧杯中搅拌，利用水浴锅加入至98℃，搅拌保温30min后，降温得到熟淀粉，取熟淀粉100g，加入0.6g的硫酸铝，加入约0.3g防潮剂，搅拌20min后，用2号涂布棒涂布，以20m/min的速度均匀涂布在未施胶的原纸的面涂上，晾干后再利用鼓式烘干机在105℃条件下进一步烘干，并以同样的方法把防潮剂涂布在未施胶的原纸的底涂上，在恒温室恒温12小时候后，开始检测，以此方法，分别对该发明实施例1-6中的六支防潮剂和市售防潮剂进行比较：
表1为纸张防潮剂评估应用数据，使用可勃法进行检测。
表1
从表1测定的数据可以得出，按统一绝干添加0.30g本发明的纸张防潮剂会有很好的抗水效果；且与目前市售防潮剂统一添加量进行应用评估比较，发现本发明防潮剂用量更少，效果好，且抗水性能比空白更好。
表2为纸张防潮剂环压及环压保留率，使用实验室评估方法检测。
表2
根据表2数据可以看出，本发明实施例1-6制备的纸张防潮剂在用于涂布纸张后，所得到的成品纸张具有良好的抗水防潮效果，其环压强度指数保留较好，环压保留率可以达到80％及以上，防潮性能比空白组更优秀，且明显好于市场上一般的市售防潮剂。其中本实施例中的市售防潮剂为上海真略环保科技有限公司阳离子防潮剂EMUL E325。综上所述，本发明的纸张防潮剂产品具有如下优点：
1)产品生产工艺比较简单，绿色环保，无废物排出；
2)通过控制阳离子功能性单体甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和疏水性功能单体新癸酸乙烯酯的质量比为1:2-4，使阳离子性防潮剂主链带有较多数量的酯化支链，提高了防潮剂聚合物的疏水性能，从而使防潮剂拥有更优的抗水防潮效果。
3)产品采用以苯乙烯、马来酸酐、丙烯酸丁酯、二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、新癸酸乙烯酯合成多官能团聚合物，其含有的大量的酯基、烃基，成膜后可以有效吸附在纸张纤维表面，并在纸张表面形成致密的防水保护膜，从而有效提高纸张防潮性能。
4)该纸张防潮剂在加入含有熟淀粉的应用评估体系内，可以使阳离子聚合物、淀粉体系及纸张纤维之间进行更有效的交联作用，使原有的防潮剂成膜更加稳固的吸附在纸张纤维表面，从而更有效提高抗水性能和稳定性能。
5)引入多种不同目数的纤维状造纸级硅灰石，且硅灰石的长粒径比要求20:1以内，莫氏硬度范围在4.5-5.5之间，对原有防潮剂聚合物进行微观改性和协同作用，特别是1000目的硅灰石对原有防潮剂聚合物成膜结构的微观改性效果会更好一些，可以在纸张表面形成多维网状的保护膜结构，对原有纸张保护膜进行多维度的硬度加固，从而明显增强了原有防潮剂成膜后的硬度，使微观改性后的防潮剂抗水性能更优异，且大大的提高了纸张的环压强度及环压保留率。
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)

1.一种纸张防潮剂，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
所述阳离子功能性单体包括甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或两种；
所述疏水性功能性单体包括月桂酸乙烯酯、新壬酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、新十二酸乙烯酯中的一种或多种；
所述乳化剂包括阳离子乳化剂和非离子乳化剂，所述阳离子乳化剂包括十二烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵中的一种或多种；所述非离子乳化剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或两种，且所述阳离子乳化剂和所述非离子乳化剂的质量比为1:1。
2.根据权利要求1所述的纸张防潮剂，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化二甲酰、叔丁基过氧化氢、偶氮二甲异丁腈中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纸张防潮剂，其特征在于，所述还原剂包括焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铵、次亚磷酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的纸张防潮剂，其特征在于，所述硅灰石包括600目纤维状造纸级硅灰石、800目纤维状造纸级硅灰石、1000目纤维状造纸级硅灰石中的一种或多种，所述硅灰石的长粒径比在20:1以内，且所述硅灰石的莫氏硬度范围为4.5-5.5。
5.一种权利要求1-4任一项所述的纸张防潮剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、制备预乳化液A：向乳化釜中加入115-240份水和5-15份乳化剂，搅拌均匀，再依次加入80-160份苯乙烯、12-24份丙烯酸丁酯、1-5份二甲基胺乙基甲基丙烯酸酯、5-10份阳离子功能性单体、20-40份疏水性功能性单体，搅拌制备出预乳化液A；
S2、制备引发剂溶液B：将0.5-2份引发剂溶解于46-100份的水中，配制成引发剂溶液B；
S3、制备还原剂溶液C：将1-2份还原剂溶解于46-100份的水中，配制成还原剂溶液C；
S4、向反应釜中加入154-320份水和1-5份马来酸酐，搅拌均匀并加热至40-50℃，待马来酸酐完全溶解后，再向反应釜中加入1-6份乳化剂进行均匀搅拌，并进一步升温至65-75℃，保温搅拌5-15min；
S5、加入5％-15％的S1中制备的预乳化液A，再加入含0.5-1份引发剂的水溶液进行聚合反应，反应时间15-30min；
S6、把剩余的预乳化液A、引发剂溶液B、还原剂溶液C以滴加的方式加入进行聚合反应，待反应结束后，保温反应60-90min；
S7、降温至40℃以下，加入1-2份造纸级硅灰石，搅拌30-40min，加入水调节产品固含量，即得最终产品。
6.根据权利要求5所述的纸张防潮剂的制备方法，其特征在于，S1中，搅拌转速为500-800r/min，搅拌时间为15-30min。
7.根据权利要求5所述的纸张防潮剂的制备方法，其特征在于，S4中，反应时间为150-210min。
8.根据权利要求5所述的纸张防潮剂的制备方法，其特征在于，S5中，所述纸张防潮剂的固含量为24％-26％。
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