CN115142296B - 一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法，包括如下步骤：将石油树脂与松香按质量比1：1～5加入到反应釜中，常压下升温至170～220℃，加入石油树脂和松香总用量10‑20wt％的马来酸酐并缓慢搅拌，反应一段时间后加入石蜡及其衍生物，充分反应后即得到改性混合物；在复合阳离子高分子乳化剂、分散剂及硅烷偶联剂的作用下，将改性混合物乳化分散，形成油包水型乳液，提高搅拌转速，加入90℃～100℃热水转相，得到水包油乳液，快速降低转速，同时降温，调整固含量即得到所述低成本高分散阳离子施胶剂。本发明生产工艺中无需采用高压均质机，将石油生产过程中生成的副产物石油树脂作为松香的替代物，产物具有稳定性及施胶效果好，生产成本低等优势。

Description

一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法
技术领域
本发明涉及施胶剂制备技术领域，尤其涉及一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法。
背景技术
在造纸工艺中，施胶是一道至关重要的工序，其主要目的是为了提高纸和纸板的表面强度和防止水溶液的渗透和扩散。目前国内的施胶剂主要分为浆内施胶与表面施胶两大类，用量最大的还是松香系列的施胶剂。
目前国内常用的阴离子松香较由于必须在酸性条件下施胶，导致在制备过程中会产生大量的酸性废水，另外酸性体系会对生产设备造成腐蚀。因此阳离子松香胶在未来的施胶领域有巨大的市场发展空间。
国内松香价格比较高，且市场价格起伏较大，不利于生产成本的控制，而且，分散松香施胶剂的制备主要有高温常压法(逆转法)、高温高压法和高压溶剂法。高压条件使得对生产设备的密封性有较高要求，前中期设备投资较高且操作复杂。因此有待开发一种松香替松物制备低成本高分散阳离子施胶剂，来降低生产成本提高市场竞争力。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法，将石油生产过程中生成的副产物石油树脂作为松香的替代物，加入到松香胶的制备，经过对工艺改进，生产工艺中无需采用高压均质机，使得开发出的新型高分散阳离子施胶剂与现有阳离子松香胶相比具有稳定性及施胶效果好，生产成本低等优势，以解决现有技术存在的上述技术问题。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法，包括以下步骤：
S1，改性混合物的制备：将石油树脂与松香按质量比1：1～5加入到反应釜中，常压下升温至170～220℃，加入石油树脂和松香总用量10-20wt％的马来酸酐并缓慢搅拌，保持170～220℃反应一段时间后加入石蜡及其衍生物，充分反应后即得到改性混合物；
S2，施胶剂乳液的制备：在复合阳离子高分子乳化剂、分散剂及硅烷偶联剂的作用下，将所述改性混合物乳化分散，形成油包水型乳液，提高搅拌转速，加入90℃～100℃热水转相，得到水包油乳液，快速降低转速，同时降温，调整固含量即得到所述低成本高分散阳离子施胶剂。
所述石油树脂选自脂肪族树脂、脂环族树脂、芳香族树脂、脂肪族/芳香族共聚树脂及加氢石油树脂中的至少一种。
所述石蜡及其衍生物选自固体石蜡、液体石蜡、氯化石蜡、氧化石蜡中的至少一种，其加入比例为石油树脂、松香、马来酸酐三种原料总用量的5～20wt％。
进一步的，所述复合阳离子高分子乳化剂是指脂肪醇聚氧乙烯醚和聚酰胺多胺环氧氯丙烷的复合乳化剂，优选的，两者的混合比例为：
脂肪醇聚氧乙烯醚：聚酰胺多胺环氧氯丙烷＝3～10：10～2，更优选为5～10:10～3。
优选的，所述复合乳化剂的加入量为改性混合物用量的15～40wt％，优选为20～40wt％。
进一步的，所述硅烷偶联剂选自乙烯基类、氯烃基类、氨烃基类、环氧烃基类、甲基丙烯酰氧烷基类、含硫烃基类、拟卤素类、季铵烃基类中的至少一种，其加入比例为改性混合物用量的0.01～1wt％。
进一步的，步骤1)中，所述反应时间为0.5～2小时，优选为1～1.5小时。
本发明提出的一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法，通过对工艺改进，生产工艺中无需采用高压均质机，将石油生产过程中生成的副产物石油树脂作为松香的替代物，加入到松香胶的制备，尤其意外的发现，在改性混合物的乳化过程中加入硅烷偶联剂，可出乎意料地提高施胶剂的稳定性，并且施胶性能也有显著的提高。本发明开发出的新型高分散阳离子施胶剂与现有阳离子松香胶相比具有稳定性及施胶效果好，生产成本低等优势。
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。
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。
实施例1
1)改性混合物的制备：
将50g C5氢化石油树脂与100g松香加入到反应釜中，常压下升温至210℃，加入15g马来酸酐并缓慢搅拌，保持210℃反应0.5小时后加入11.5g固体石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性混合物加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂15g(10g脂肪醇聚氧乙烯醚、5g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、1.5g聚乙烯吡咯烷酮及1g苯胺甲基三甲氧基硅烷，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
实施例2
1)改性混合物的制备：
将20g DCPD与100g松香加入到反应釜中，常压下升温至220℃，加入24g马来酸酐并缓慢搅拌，保持220℃反应1小时后加入14g液体石蜡和5g氯化石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性混合物加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂40g(16g脂肪醇聚氧乙烯醚，24g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、2.0g分散剂IW及0.01g 4-乙烯苄基二甲基-(3-三甲氧硅丙基)氯化铵，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
实施例3
1)改性混合物的制备：
将100g C9石油树脂与100g松香加入到反应釜中，常压下升温至200℃，加入20g马来酸酐并缓慢搅拌，保持200℃反应1小时后加入44g液体石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性混合物加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂20g(12g脂肪醇聚氧乙烯醚，8g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、1.0g十六烷基三甲基溴化铵及0.5gγ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
实施例4
1)改性混合物的制备：
将80g C5/C9与100g松香共聚石油树脂加入到反应釜中，常压下升温至170℃，加入20g马来酸酐并缓慢搅拌，保持170℃反应1小时后加入20g氧化石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性混合物加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂30g(6g脂肪醇聚氧乙烯醚，24g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、1.7g聚乙烯吡咯烷酮及0.1g乙烯基甲基二氯硅烷，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
对比例1
1)改性混合物的制备：
将80g C5/C9与100g松香共聚石油树脂加入到反应釜中，常压下升温至170℃，加入20g马来酸酐并缓慢搅拌，保持170℃反应1小时后加入20g氧化石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性混合物加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，高速搅拌下加入预热好的复合乳化剂30g(6g脂肪醇聚氧乙烯醚，24g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、1.7g聚乙烯吡咯烷酮及0.1g乙烯基甲基二氯硅烷，得到亚稳定乳液，将此亚稳定乳液在20Mpa高压均质，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
对比例2
1)改性混合物的制备：
将20g DCPD与100g松香加入到反应釜中，常压下升温至220℃，加入24g马来酸酐并缓慢搅拌，保持220℃反应1小时后加入14g液体石蜡和5g氯化石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性松香加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂40g(16g脂肪醇聚氧乙烯醚，24g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)和2.0g分散剂IW，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
对比例3
1)改性松香的制备：
将200g松香加入到反应釜中，常压下升温至200℃，加入20g马来酸酐并缓慢搅拌，保持200℃反应1小时后加入44g液体石蜡，充分反应后即得到改性混合物。
2)施胶剂乳液的制备：
将100g改性松香加入到反应釜中，加热升温至170℃，待物料完全融化后，设置转速为300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂20g(12g脂肪醇聚氧乙烯醚，8g聚酰胺多胺环氧氯丙烷)、1.0g十六烷基三甲基溴化铵及0.5gγ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，控制加入时间在15～20min，再加入预热至90℃～100℃的纯水，设置转速为2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95～105℃。
迅速降低搅拌转速为300r/min，并使反应釜降温，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为34±1％，得到低成本高分散阳离子施胶剂。
应用实施例
(1)Cobb值性能测试实验
实验条件：
浆料：针叶浆/阔叶浆/化机浆＝20:40:40
打浆度：35～40°SR
抄纸定量：100g/m2
浆料pH值：用硫酸铝溶液调至5.0左右
施胶剂添加量：14kg/t纸
滑石粉用量：15％
阳离子聚丙烯酰胺用量：200ppm
(2)储存稳定性测试实验
实验条件：
将样品在25℃恒温下放置1个月，观察并记录各样品的外观状态及基本指标。
表1各样品施胶后纸样实验数据
从应用实验结果看。本发明制备的低成本高分散阳离子施胶剂与现有工艺制备的施胶剂相比，极大的提高了产品的稳定性，另外在施胶效果方面提高11％～45％。
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 (6)

1.一种代替松香制备低成本高分散阳离子施胶剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，改性混合物的制备：将石油树脂与松香按质量比1：1~5加入到反应釜中，常压下升温至170~220℃，加入石油树脂和松香总用量10-20wt%的马来酸酐并缓慢搅拌，保持170~220℃反应一段时间后加入石蜡及其衍生物，充分反应后即得到改性混合物；
S2，施胶剂乳液的制备：在复合阳离子高分子乳化剂、分散剂及硅烷偶联剂的作用下，将所述改性混合物乳化分散，形成油包水型乳液，提高搅拌转速，加入90℃~100℃热水转相，得到水包油乳液，快速降低转速，同时降温，调整固含量即得到所述低成本高分散阳离子施胶剂；所述硅烷偶联剂选自苯胺甲基三甲氧基硅烷、4-乙烯苄基二甲基-（3-三甲氧硅丙基）氯化铵、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二氯硅烷中的至少一种，其加入比例为改性混合物用量的0.01~1wt%；所述复合阳离子高分子乳化剂是指脂肪醇聚氧乙烯醚和聚酰胺多胺环氧氯丙烷的复合乳化剂，其加入量为改性混合物用量的15~40wt%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石油树脂选自脂肪族树脂、脂环族树脂、芳香族树脂、脂肪族/芳香族共聚树脂及加氢石油树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石蜡及其衍生物选自固体石蜡、液体石蜡、氯化石蜡、氧化石蜡中的至少一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石蜡及其衍生物的加入比例为石油树脂、松香、马来酸酐三种原料总用量的5~20wt%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合阳离子高分子乳化剂中脂肪醇聚氧乙烯醚：聚酰胺多胺环氧氯丙烷的质量比为3~10：10~2。
6.根据权利要求1-5任一项所述方法制备的低成本高分散阳离子施胶剂。
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