CN115651120A

CN115651120A - 一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法

Info

Publication number: CN115651120A
Application number: CN202211396269.7A
Authority: CN
Inventors: 李泮泮; 张洪松; 任建军; 梁欢; 王清铎; 袁涛
Original assignee: Dongying Baomo Environmental Engineering Co ltd
Current assignee: Dongying Baomo Environmental Engineering Co ltd
Priority date: 2022-11-09
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明属于聚合物制备技术领域，具体涉及一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，采用共聚后加碱水解工艺合成，利用螺旋板式换热器进行酸碱中和降温。将配制好的反应液先进行共聚合形成具有丙烯酸微嵌段结构聚合物，使分子链上阴离子电荷嵌段集中，有利于主链伸展促进产品溶解；聚合完成后再进行后加碱水解处理，均匀增加主链上阴离子电荷量，使其受水溶液中杂质离子干扰影响小，分子量及表观粘度相对较高，节省分散剂产品用量，降低纸张生产成本。辅料一可发挥pH缓冲剂的作用，在聚合过程中始终保持聚合环境为弱碱性，有效防止聚合反应中交联反应的发生而影响产品溶解性；辅料二可离间聚合物大分子之间作用力，提高产品溶解速度。

Description

一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法

技术领域

本发明属于聚合物制备技术领域，具体涉及一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法。

背景技术

在纸张的生产过程中，纸浆悬浮液中的纤维、填料等固相有絮凝成团的趋势，导致纤维、填料等固相不能均匀分散在水中，从而使抄成的纸张均匀度不好，性能不均匀。造纸纤维分散剂可使这些固体颗粒表面形成双电层，外层的分散剂极性端与水具有较强亲合力，同时增加了固体颗粒之间的电荷斥力，起到了良好分散作用，这是一种经济有效的提高纸张均匀度的途径。

在造纸行业中，作为造纸纤维分散剂的化学品主要有聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、海藻酸钠以及其他的造纸纤维分散剂，其中海藻酸钠价格较高，在造纸中很少使用。

聚氧化乙烯是目前国内外使用最多的造纸纤维分散剂，对长短纤维都具有良好的分散作用，但是价格比较高，使用受到了一定的局限。

羧甲基纤维素是一种带有相当强负电性的造纸化学品，高取代度的羧甲基纤维素可以用来分散纤维和填料以改善纸张匀度并提高浆内施胶效果，但在湿部添加时由于纤维和填料本身带有负电荷，所以使用取代度过高的羧甲基纤维素会影响湿部电荷，影响纸机正常运行，所以必须使用阳离子型的其它助剂与之配合使用，从而使分散剂的使用过程比较复杂，增加了分散剂的使用成本。

国内造纸用聚丙烯酰胺生产厂家主要按照常规聚丙烯酰胺生产工艺进行生产，但存在产品用量大、质量不稳定的问题，主要表现在水不溶物含量高、水溶性差、分散效果较差等问题。所以目前国内造纸厂，特别是对纸张要求比较严格的厂家主要使用进口的造纸纤维分散剂产品，这些产品的主要特点就是溶解速度快、分散效果好、产品质量稳定，而国内厂家的产品主要集中对纸张质量要求比较低的造纸厂进行使用，使用规模较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分散效果好、分子量高、水溶性好、无毒高效的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，包括以下步骤：

1)将丙烯酰胺单体配成一定浓度的水溶液，加入定量丙烯酸，利用螺旋板式换热器进行降温，通过三通阀在螺旋板换热器前缓慢向系统中注入碱液进行中和，控制整个系统温度在30℃以下，将溶液温度降至6～7℃，pH调至7.0～7.2，再加入助溶辅料一、助溶辅料二并溶解完全；

2)将调制好的反应液加入到聚合反应器中鼓氮气30min，在氮气的保护下依次加入引发剂、促溶助剂，直至反应液被引发变稠，控制聚合反应的初温在7～8℃，绝热聚合4～6h；

3)聚合升到最高温后保温2h，将所得胶体取出、切割造粒，加入稳定剂、粒状氢氧化钠混合均匀后放入65℃水浴中水解12h，再次切割造粒、烘干、研磨、筛分得白色聚合物产品。

进一步地，所述步骤1)和步骤2)中各组分的重量百分比为：丙烯酰胺单体18％～19％，丙烯酸2％～3％，碱液2.2％～3.3％，助溶辅料一1％～2％，助溶辅料二0.5％～1％，促溶助剂0.1％～0.2％，引发剂0.005％～0.01％，余量为水。

进一步地，所述步骤1)中的碱液为50wt％的氢氧化钠水溶液。

进一步地，所述步骤1)中所采用的助溶辅料一为碳酸铵；助溶辅料二为己内酰胺。

进一步地，所述步骤2)中引发剂是由过硫酸盐与亚硫酸氢盐组成的氧化还原引发体系；所述过硫酸盐采用质量浓度1％的过硫酸钾水溶液或过硫酸铵水溶液；所述亚硫酸氢盐采用质量浓度1％的亚硫酸氢钠水溶液。

进一步地，所述步骤2)中促溶助剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种。

进一步地，所述步骤3)中稳定剂为亚磷酸酯类抗氧剂的一种或两种，稳定剂为胶体重量的0.4％～0.5％，粒状氢氧化钠为胶体重量的0.7％～1.8％。

本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，因酸碱中和会放热，利用螺旋板式换热器对物料混合液进行降温，设备占地空间小，但换热面积大，提高了中和及降温效率；配制好的反应液先进行共聚合形成具有丙烯酸微嵌段结构聚合物，使分子链上阴离子电荷嵌段集中，从而有利于主链伸展促进产品溶解；聚合完成后再进行后加碱水解处理，均匀增加主链上阴离子电荷量，从而使其受水溶液中杂质离子干扰影响小，分子量及表观粘度相对较高，有利于节省分散剂产品用量，降低纸张生产成本；引入了助溶辅料一碳酸铵，在聚合过程中其不断释放出的铵根离子具有弱链转移性，在保证分子量的同时可以提高聚合物的溶解性，同时碳酸铵可分解释放出二氧化碳，使聚合物产品带有大量气孔，有利于水分子向聚合物内部渗透扩散；引入的助溶辅料二己内酰胺为环状功能分子，通过空间位阻作用可较好的离间聚合物大分子之间的作用力，同时可以和水分子形成氢键，阻止了大分子与水分子形成氢键，有利于聚合物颗粒表面的水分子进行入颗粒内部，提高聚合物溶解速度；加入了适量促溶助剂聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯，其化学稳定性好,可以在很宽的pH值范围内使用且有利于提高聚合物在水中溶解速度；在造粒过程中引入了少量稳定剂，防止烘干过程中产生交联水不溶物影响产品溶解性；成品分子量可以达到2500万以上，在自来水中溶解50min，流过80目标准筛，溶液流完后用自来水缓慢冲洗，标准筛上面基本无残留物。

附图说明

图1是本发明制备方法中聚合前利用螺旋板式换热器调制反应液的流程示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

向调制容器中加入丙烯酰胺单体及纯水，配成一定浓度水溶液，开启系统循环并加入丙烯酸，碱液通过三通阀在螺旋板换热器前慢慢向系统中注入，利用螺旋板式换热器对酸碱混合液进行降温，控制整个系统温度在30℃以下。碱液加完以后，pH调至7.0，溶液在螺旋板式换热器与调制容器间循环流动，最终将溶液反应液降温至6℃，加入辅料一、辅料二并溶解完全。反应液调制流程如图1所示，将配制好的物料移入聚合反应器中，通氮气驱氧至30min时加入加入促溶助剂，通氮气至40min时依次加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠于7℃引发反应，反应液被引发变粘稠后停止通氮气并密封，绝热聚合反应4h，升到最高温后保温2h得到胶块。取出胶块，切割、造粒，取500g胶粒加入2g稳定剂和5.9g粒状氢氧化钠混合均匀，将胶粒放入65℃水浴中水解12h，取出胶粒再次造粒、烘干、粉碎、筛分，得到20～80目粉末状产品。

其中，各组分的重量百分比如下：丙烯酰胺单体19％，丙烯酸2％，碱液2.2％，辅料一1％，辅料二0.5％，促溶助剂0.1％，引发剂0.007％，余量为水。

实施例2

向调制容器中加入丙烯酰胺单体及纯水，配成一定浓度水溶液，开启系统循环并加入丙烯酸，碱液通过三通阀在螺旋板换热器前慢慢向系统中注入，利用螺旋板式换热器对酸碱混合液进行降温，控制整个系统温度在30℃以下。碱液加完以后，pH调至7.1，溶液在螺旋板式换热器与调制容器间循环流动，最终将溶液反应液降温至6℃，加入辅料一、辅料二并溶解完全，将配制好的物料移入聚合反应器中，通氮气驱氧至30min时加入加入促溶助剂，通氮气至40min时依次加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠于7℃引发反应，反应液被引发变粘稠后停止通氮气并密封，绝热聚合反应4h，升到最高温后保温2h得到胶块。取出胶块，切割、造粒，取500g胶粒加入2g稳定剂和3.5g粒状氢氧化钠混合均匀，将胶粒放入65℃水浴中水解12h，取出胶粒再次造粒、烘干、粉碎，筛分，得到20～80目粉末状产品。

其中，各组分的重量百分比如下：丙烯酰胺单体18％，丙烯酸3％，碱液3.3％，辅料一1％，辅料二0.5％，促溶助剂0.1％，引发剂0.01％，余量为水。

实施例3

向调制容器中加入丙烯酰胺单体及纯水，配成一定浓度水溶液，开启系统循环并加入丙烯酸，碱液通过三通阀在螺旋板换热器前慢慢向系统中注入，利用螺旋板式换热器对酸碱混合液进行降温，控制整个系统温度在30℃以下。碱液加完以后，pH调至7.0，溶液在螺旋板式换热器与调制容器间循环流动，最终将溶液反应液降温至6℃，加入辅料一、辅料二并溶解完全，将配制好的物料移入聚合反应器中，通氮气驱氧至30min时加入加入促溶助剂，通氮气至40min时依次加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠于7℃引发反应，反应液被引发变粘稠后停止通氮气并密封，绝热聚合反应4h，升到最高温后保温2h得到胶块。取出胶块，切割、造粒，取500g胶粒加入2g稳定剂和5.9g粒状氢氧化钠混合均匀，将胶粒放入65℃水浴中水解12h，取出胶粒再次造粒、烘干、粉碎、筛分，得到20～80目粉末状产品。

其中，各组分的重量百分比如下：丙烯酰胺单体19％，丙烯酸2％，碱液2.2％，辅料一2％，辅料二0.8％，促溶助剂0.1％，引发剂0.007％，余量为水。

实施例4

向调制容器中加入丙烯酰胺单体及纯水，配成一定浓度水溶液，开启系统循环并加入丙烯酸，碱液通过三通阀在螺旋板换热器前慢慢向系统中注入，利用螺旋板式换热器对酸碱混合液进行降温，控制整个系统温度在30℃以下。碱液加完以后，pH调至7.2，溶液在螺旋板式换热器与调制容器间循环流动，最终将溶液反应液降温至6℃，加入辅料一、辅料二并溶解完全，将配制好的物料移入聚合反应器中，通氮气驱氧至30min时加入加入促溶助剂，通氮气至40min时依次加入1％过硫酸钾和1％亚硫酸氢钠于7℃引发反应，反应液被引发变粘稠后停止通氮气并密封，绝热聚合反应4h，升到最高温后保温2h得到胶块。取出胶块，切割、造粒，取500g胶粒加入2g稳定剂和8.8g粒状氢氧化钠混合均匀，将胶粒放入65℃水浴中水解12h，取出胶粒再次造粒、烘干、粉碎，过20～80目筛得粉末状造纸分散剂产品。

实施例5

由于造纸分散剂无固定标准，根据客户要求编制测定方法。

UL表观粘度测定方法(造纸分散剂)：于1000ml烧杯中加入200g去离子水，并启动搅拌；测定出干基聚合物的固含量S，精确称取(0.5/S)g干基聚合物；将所称聚合物慢慢加入漩涡的侧壁中，转速700rpm进行搅拌。40分钟后加入(500-200-0.5/S)g去离子水，溶解1小时后加入29.25g氯化钠并搅拌10分钟至盐完全溶解，得到0.1％聚合物的1mol/L氯化钠的溶液；用200μm滤网过滤溶液。粘度由BROOKFIELD的LVT型的粘度计用UL附件在60RPM转速下完成的，控制温度在23至25℃，加入16ml溶液至杯中，将小杯装上UL附件，在60RPM转速稳定大约30秒并读数。粘度(cps)＝所读数值。

500ppm溶液过滤性测定方法(造纸分散剂)：在室温下准确称取并加入0.15克粉样。称取300g自来水于500ml烧杯中，启动立式搅拌器在每分钟600转的转速下加入试样，配成500ppm的聚合物溶液；搅拌50分钟后，将配制的溶液流过80目标准筛，溶液流完后用自来水缓慢冲洗3～4次(每次用水500ml)，若80目标准筛上面无残留物则为A+，有1～3个点(小米粒)则为A，有4～7个点则为A-，7个点以上则为B；若冲洗完后有3个以上扁胶团也为B，若有1～3个扁胶团则为A-。

表1实施例1-4制备的分散剂产品的实验结果

从实验数据可以看出，本发明中采用共聚后水解法制备出的高效速溶造纸分散剂产品，表观粘度及溶解性远远好于常规聚丙烯酰胺造纸分散剂产品,在自来水中溶解50min，流过80目标准筛，溶液流完后用自来水缓慢冲洗，标准筛上面基本无残留物，是一种性能较高的造纸分散剂产品。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims

1.一种共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中各组分的重量百分比为：丙烯酰胺单体18％～19％，丙烯酸2％～3％，碱液2.2％～3.3％，助溶辅料一1％～2％，助溶辅料二0.5％～1％，促溶助剂0.1％～0.2％，引发剂0.005％～0.01％，余量为水。

3.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤1)中的碱液为50wt％的氢氧化钠水溶液。

4.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤1)中所采用的助溶辅料一为碳酸铵；助溶辅料二为己内酰胺。

5.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤2)中引发剂是由过硫酸盐与亚硫酸氢盐组成的氧化还原引发体系；所述过硫酸盐采用质量浓度1％的过硫酸钾水溶液或过硫酸铵水溶液；所述亚硫酸氢盐采用质量浓度1％的亚硫酸氢钠水溶液。

6.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤2)中促溶助剂为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或两种。

7.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤3)中稳定剂为亚磷酸酯类抗氧剂的一种或两种。

8.如权利要求1所述的共聚后水解制备高效速溶造纸分散剂的方法，其特征在于，所述步骤3)中稳定剂为胶体重量的0.4％～0.5％，粒状氢氧化钠为胶体重量的0.7％～1.8％。