CN115305743A - 一种阳离子分散松香施胶剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阳离子分散松香施胶剂，其制备原料包括复合乳化剂、松香、松香衍生物、水和稳定剂；所述复合乳化剂由阳离子乳化剂和非离子乳化剂组成，其中阳离子乳化剂为季铵盐类，包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵的一种或多种；非离子乳化剂包括山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、辛基酚聚氧乙烯醚的一种或多种。该阳离子分散松香施胶剂稳定性高，施胶效果好，施胶效率高。另外，该阳离子分散松香施胶剂的制备方法不需要高压设备，工艺简单，操作条件易控，适用于大规模生产与推广应用。
Description
技术领域
本发明属于造纸助剂领域，具体涉及一种阳离子分散松香施胶剂及其制备方法。
背景技术
1807年，生产者开始用松香在酸性和硫酸铝的帮助下进行内部施胶，长期以来，松香一直作为造纸浆内施胶剂，在造纸工业中得到了广泛应用，为造纸生产者提供了许多好处，如广泛的适用性、可靠性和可预测性等。松香施胶剂按其制备条件和方法的不同所具备的性质和施胶效果也各不相同，因此松香施胶剂的制备是施胶过程的主要关键。白色松香施胶剂、褐色松香施胶剂、石蜡松香施胶剂以及强化松香施胶剂等皂型松香施胶剂都是由松香皂化再分散成水溶液或乳液，分散松香施胶剂则是通常以固含量为30％-40％的乳液形式供应，它与皂型松香施胶剂虽然都是松香系施胶剂，但有许多皂型松香施胶剂无法相比的优点，如：较高的施胶效率，应用的pH范围广，制备时可不需要乳化设备。
目前，分散松香施胶剂的制备主要有高温高压法、高压溶剂法和高温常压法(逆转法)。高温高压法和高压溶剂法的制备装置需要耐高压并高度密封，设备要求严格，高压溶剂法还需要采用真空蒸馏除去乳液中的有机溶剂，投资均较大，且使用的有机溶剂大都为苯或甲苯等芳香烃类，毒性较大。逆转法可在常压下进行，对设备要求不太严格，制备工艺也较简便。在中国专利CN1295014C中，利用常压逆转工艺，通过复合阳离子乳化与分散剂将松香类施胶剂乳化后制成，该复合阳离子乳化与分散剂包括非离子两亲聚合物乳液和季铵类阳离子表面活性剂或阳离子水溶性聚合物，其中非离子两亲聚合物乳液由亲油性烯基类单体和亲水性烯基类单体经乳液共聚而成，合成方法较复杂。在中国专利CN107236093A中，公开了一种用于生产阳离子松香胶的双子乳化剂的制备方法，通过化学改性，在松香上联接疏水基团单体和亲水基团单体，再加入阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和分子量调节剂来聚合松香，所制得的双子乳化剂也可用逆转法制备阳离子松香胶。但同样的，乳化剂制备方法较为复杂，而且需要使用醇类溶剂。
如上所述，现有的逆转法制备分散松香施胶剂，虽然工艺简便，但满足乳化要求的单一阳离子乳化剂很少，复合乳化剂大多需要聚合合成来制备，而且合成方法繁琐，反应时间较长。
发明内容
本发明的目的在于克服目前高温高压法制备分散松香施胶剂中存在的设备投资大和操作困难的缺点，并且解决传统逆转法中乳化剂性能不佳的问题，提供一种稳定性好、施胶效率高的阳离子分散松香施胶剂的制备方法。
本发明提供的上述一种阳离子分散松香施胶剂，其组分包括复合乳化剂、松香、松香衍生物、水和稳定剂；所述复合乳化剂由阳离子乳化剂和非离子乳化剂组成，其中阳离子乳化剂为季铵盐类，包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵的一种或多种；非离子乳化剂包括山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、辛基酚聚氧乙烯醚的一种或多种。
优选地，所述复合乳化剂中，阳离子乳化剂和非离子乳化剂的比例为1.5:1-2:1。
优选地，所述复合乳化剂的固含量为24％-26％，加入量为松香和松香衍生物总量的20％-25％。
优选地，所述松香衍生物为马来松香、松香甘油酯的一种或两种混合物；所述松香和松香衍生物的质量比例为2:1-3:1。
优选地，所述稳定剂为二萘基甲烷二磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠的一种或多种；所述稳定剂的加入量为松香和松香衍生物总量的1％-1.5％。
本发明还提供一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将复合乳化剂与纯水混合均匀，调整得到固含量为24％-26％的复合乳化剂，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香和松香衍生物，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂，控制加入时间在15-20min，使之呈油包水(W/O)体系，再加入预热至95-100℃的纯水，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃，使之转相为水包油(O/W)体系；
步骤3、迅速调整为低速搅拌，并使反应釜降温，加入稳定剂，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
优选地，所述步骤2中，低速搅拌的转速为200-300r/min，高速搅拌的转速为1500-2000r/min。
本发明利用逆转法，通过将阳离子乳化剂和非离子乳化剂复配，所得复合乳化剂的HLB值(亲水疏水平衡值)与乳化松香所需的HLB值较为接近，相互间亲和力和相溶性较好，组成了定向排列的吸附分子膜，界面上分子排列紧密，界面膜强度较大，松香颗粒合并凝聚受到的阻力较强，从而得到稳定的松香乳液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的阳离子分散松香施胶剂的制备方法不需要有机溶剂，所制得的阳离子分散松香施胶剂可以在水中良好分散，稳定性高，并且施胶效果好，施胶效率高。
(2)本发明提供的阳离子分散松香施胶剂的制备方法不需要高压设备，工艺简单，操作条件易控，适用于大规模生产与推广应用。
具体实施方式
结合下面实施例对本发明进行进一步的阐述，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵29g和山梨醇酐单硬脂酸酯19g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香160g和马来松香80g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂48g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入二萘基甲烷二磺酸钠2.4g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
实施例2
一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将十六烷基三甲基氯化铵36g和聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯24g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香180g和马来松香60g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂60g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入十二烷基磺酸钠3.6g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
实施例3
一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将十二烷基二甲基苄基氯化铵40g、山梨醇酐单油酸酯10g和聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯10g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香180g和松香甘油酯60g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂60g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入二萘基甲烷二磺酸钠3.6g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
实施例4
一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵17g、十二烷基二甲基苄基氯化铵14g和辛基酚聚氧乙烯醚17g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香160g和松香甘油酯80g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂48g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入十二烷基磺酸钠2.4g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
实施例5
一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其制备步骤如下：
步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵20g、十六烷基三甲基氯化铵20g、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯10g和辛基酚聚氧乙烯醚10g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香160g和马来松香80g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂60g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入十二烷基苯磺酸钠2.4g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
对比例1
仅使用阳离子乳化剂制备阳离子分散松香施胶剂，其制备步骤如下：
步骤1、将十六烷基三甲基溴化铵48g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香160g和马来松香80g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的阳离子乳化剂48g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入二萘基甲烷二磺酸钠2.4g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
对比例2
仅使用阳离子乳化剂制备阳离子分散松香施胶剂，其制备步骤如下：
步骤1、将十二烷基二甲基苄基氯化铵60g加适量纯水混合均匀，调整固含量为24％-26％，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香160g和马来松香80g，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，设置转速为200-300r/min，在低速搅拌下加入预热好的阳离子乳化剂60g，控制加入时间在15-20min，再加入预热至95-100℃的纯水，设置转速为1500-2000r/min，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃；
步骤3、迅速降低搅拌转速为200-300r/min，并使反应釜降温，加入二萘基甲烷二磺酸钠3.6g，冷却至38℃以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
实施效果
(1)稳定性
对上述实施例1-5和对比例1-2的阳离子分散松香施胶剂进行粒径检测和稳定性测试，结果如下所示。
表1
如表所示，与仅使用阳离子乳化剂相比，使用复合乳化剂制备的阳离子分散松香施胶剂粒径更小，稳定性更高。
(2)施胶效果
将上述实施例1-5和对比例1-2的阳离子分散松香施胶剂在下述条件下施胶：
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。
测试吸水值，结果如下。
从表中可以看出，与仅使用阳离子乳化剂相比，使用复合乳化剂制备的阳离子分散松香施胶剂的吸水值更低，施胶效果更好，施胶效率更高。
Claims (7)
1.一种阳离子分散松香施胶剂，其特征在于，所述阳离子分散松香施胶剂的制备原料包括复合乳化剂、松香、松香衍生物、水和稳定剂；
所述复合乳化剂由阳离子乳化剂和非离子乳化剂组成，其中阳离子乳化剂为季铵盐类，包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵的一种或多种；非离子乳化剂包括山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、辛基酚聚氧乙烯醚的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种阳离子分散松香施胶剂，其特征在于，所述复合乳化剂中，阳离子乳化剂和非离子乳化剂的比例为1.5:1-2:1。
3.如权利要求1所述的一种阳离子分散松香施胶剂，其特征在于，所述复合乳化剂的固含量为24％-26％；所述复合乳化剂的加入量为松香和松香衍生物总量的20％-25％。
4.如权利要求1所述的一种阳离子分散松香施胶剂，其特征在于，所述松香衍生物为马来松香、松香甘油酯的一种或两种混合物；
所述松香和松香衍生物的质量比例为2:1-3:1。
5.如权利要求1所述的一种阳离子分散松香施胶剂，其特征在于，所述稳定剂为二萘基甲烷二磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠的一种或多种；
所述稳定剂的加入量为松香和松香衍生物总量的1％-1.5％。
6.一种如权利要求1-5任一项所述阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将复合乳化剂与纯水混合均匀，加热至65-70℃备用；
步骤2、在反应釜中加入松香和松香衍生物，常压加热至130-180℃，待完全熔融后，在低速搅拌下加入预热好的复合乳化剂，控制加入时间在15-20min，使之呈油包水(W/O)体系，再加入预热至95-100℃的纯水，高速搅拌5min，控制体系温度为95-105℃，使之转相为水包油(O/W)体系；
步骤3、迅速调整为低速搅拌，并使反应釜降温，加入稳定剂，冷却至38°C以下出料，过筛网，加适量纯水，调整固含量为33％-35％，得到阳离子分散松香施胶剂。
7.如权利要求6所述的一种阳离子分散松香施胶剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，低速搅拌的转速为200-300r/min，高速搅拌的转速为1500-2000r/min。
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