CN115652684A - 一种纳米改性阳离子分散松香胶复合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米改性阳离子分散松香胶复合物,包括如下重量份的组分:松香70‑75份、明胶10‑20份、改性白芨胶5‑10份、多壁碳纳米管5‑10份、季铵型阳离子淀粉15‑20份、助乳化剂5‑10份、稳定剂5‑10份,所述阳离子乳化剂是季铵型阳离子淀粉水乳液。其制备方法包括将松香、明胶、改性白芨胶置于密闭反应容器中充分熔融,将多壁碳纳米管、阳离子乳化剂、助乳化剂及稳定剂的混合水溶液,预热至90‑98℃后添加至熔融混合物中,先低速搅拌,后高速剪切,出料过均质机。本发明在松香中引入明胶及改性白芨胶,利用季铵型阳离子淀粉作为阳离子乳化剂,并引入多壁碳纳米管,利用高速剪切和高压均质,得到粘度较小且稳定性优异的纳米改性阳离子分散松香胶复合物。
Description
技术领域
本发明涉及松香胶类施胶剂制备技术领域,尤其涉及一种纳米改性阳离子分散松香胶复合物及其制备方法。
背景技术
造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业,在制浆、漂白、打浆、抄造及成纸后加工的各工段,都离不开各种造纸化学品的应用。
施胶是造纸的重要工艺过程,在众多的纸张施胶剂中,松香施胶剂占主导地位,国内使用最多的施胶剂就是松香施胶剂。由于阳离子分散型松香胶的施胶率是普通松香胶的4倍,强化松香胶的2倍,并且可有效提高成型纸张的质量,进而降低松香胶的用量,减少硫酸铝和增白剂的用量等等,性能十分优越,是皂化松香胶的替代产品。
目前,制备阳离子松香胶的方法多是高温常压逆转法,该法较为繁琐,且需要严格控制工艺温度以及乳化剂和转相水的滴加速率,所得产品质量受操作工艺影响较大,且耗费时间。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能显著提高稳定性的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,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:
本发明的第一方面是提供一种纳米改性阳离子分散松香胶复合物,包括如下重量份的组分:松香70-75份、明胶10-20份、改性白芨胶5-10份、多壁碳纳米管5-10份、阳离子乳化剂15-20份、助乳化剂5-10份、稳定剂5-10份,所述阳离子乳化剂是季铵型阳离子淀粉水乳液。
优选的,所述阳离子乳化剂采用如下方法制备:季铵型阳离子淀粉15-25重量份,水75-85重量份,混合均匀,搅拌状态下,加热至90℃,淀粉糊化呈透明状,保温,待用。
所述改性白芨胶,是指马来酸酐改性白芨胶,例如可采用如下方法制备:100重量份白芨胶,加入5-15重量份马来酸酐,180-200℃下反应2-4h,冷却,粉碎。
发明人意外地发现,在松香中引入改性白芨胶,并引入多壁碳纳米管,利用季铵型阳离子淀粉作为阳离子乳化剂,协同复合助乳化剂、稳定剂,得到的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,出乎意料地具有优异的稳定性,发明人基于上述发现,完成本发明。
优选的,所述多壁碳纳米管选自石墨化多壁碳纳米管、石墨化羟基多壁碳纳米管、石墨化羧基多壁碳纳米管的至少一种,平均长度20-30nm。
所述季铵型阳离子淀粉可以采用市售产品,也可以通过常规方法制备,例如可采用如下制备方法:将淀粉分散在水中,在碱性条件下,加入有效量的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵,升温至40-50℃反应,反应结束后加酸中和到pH=6.5,离心洗涤得到产品。
优选的,所述助乳化剂选自吐温60、司盘60、吐温80、司盘80中的一种或两种。
优选的,所述稳定剂选自木质素磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种。
本发明纳米改性阳离子分散松香胶复合物外观呈乳白色,稳定性好,固含量35%左右,粘度20mPa.s,阳电荷400-450mv,冷水中分散性良好,贮存稳定性好,常温放置六个月,不分层,不沉淀。
本发明的第二方面是提供上述纳米改性阳离子分散松香胶复合物的制备方法,包括如下步骤:
S1,将松香、明胶、改性白芨胶置于密闭反应容器中,逐步升温至180-200℃,恒温20分钟,使充分熔融;
S2,将多壁碳纳米管、季铵型阳离子淀粉、助乳化剂及稳定剂的混合水溶液,预热至90-98℃后全部添加至步骤S1获得的熔融混合物中;
S3,维持体系温度在90-100℃,先低速搅拌,后高速剪切,出料;
S4,出料过均质机,冷却后过滤网,制得所述纳米改性阳离子分散松香胶复合物。
优选的,步骤S2中制备混合水溶液的搅拌时间为40-60min,搅拌速度为300-500r/min;
优选的,步骤S3中恒温乳化工艺的控制参数为:低速搅拌速率500-1000r/min,时间为5-20min,高剪切速率5000-10000r/min,时间为20-40min;
优选的,步骤S4中均质机的压力控制范围为20-30MPa。
本发明在松香中引入明胶及改性白芨胶,利用季铵型阳离子淀粉作为阳离子乳化剂,协同复合助乳化剂、稳定剂,并引入多壁碳纳米管,高温高压条件下,利用高速剪切和高压均质,得到粘度较小且稳定性优异的纳米改性阳离子分散松香胶复合物。
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。
下述实施例中使用的主要仪器及原料如下:
石墨化多壁碳纳米管、石墨化羟基多壁碳纳米管、石墨化羧基多壁碳纳米管为江苏先丰纳米材料科技有限公司,长度均为20-30nm,牌号分别为XFM43、XFM44、XFM45。
季铵型阳离子淀粉为江西长盛化工有限公司,感观:白色粉末;水份(%)≤14;PH值(3%):6.5±1;取代度(%):0.02-0.03;细度(%)(通过100目筛):99。
木质素磺酸钠为天津希恩思生化科技有限公司,牌号S-14571,化学纯。
改性白芨胶采用如下方法制备:100重量份白芨胶,加入8重量份马来酸酐,190℃下反应2-4h,冷却,粉碎。
阳离子乳化剂采用如下方法制备:季铵型阳离子淀粉20重量份,水80重量份,混合均匀,搅拌状态下,加热至90℃,淀粉糊化呈透明状,保温,待用。
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,具体指标检测方法如下:
产品的粒径及粒径分布系数由马尔文粒径仪(Nano-ZS90)测定;
化学稳定性(Ca稳定性)测试方法:
1、准确称取经325目不锈钢筛过滤的样品50克(乳液及分散体系目标样品,适用时可酌量增减)于500ml烧杯中,加入适量水。
2、把盛有样品的烧杯置于磁力搅拌器上,在缓慢搅拌下升温至45℃。
3、向搅拌的样品中逐滴加入10ml已配制好的0.1mol/L的CaCL2溶液。
4、滴加完毕,恒温45℃搅拌2分钟。
5、将样品用已知质量的325目筛网(无水乙醇处理后,105~110摄氏度恒重过)过滤,用蒸馏水冲洗至乳液全部通过筛网,直至残渣中不含乳液。
6、105~110℃下烘筛网及残渣至恒重(一般2h)。
7、放入干燥器中冷却20~30min后称筛网及残渣的质量。
8、结果用50g样品中含残渣的质量表示(ppm,干/湿)。
机械稳定性测试方法:
1、调节胶乳温度至25℃±3℃,经325目不锈钢网过滤后,转移100g±0.5g胶乳至500ml容器中。
2、置容器于规定的位置,在15min的时间内高速搅拌胶乳,并确保搅拌器的转速是13000r/min±200r/min,容器内胶乳温度的升高应不超过60℃、高度不应超过100mm。如果需要限制发泡,应将一种糊状聚硅氧烷消泡剂涂抹在容器内表面的上部周围。
3、搅拌停止后立即移开胶乳容器,并用蒸馏水将搅拌轴和叶盘上的胶乳沉积物洗净。
4、搅拌后的样品用恒重的325目筛网过滤,用蒸馏水冲洗残余物直至其不再含有胶乳。
5、使用滤纸将筛网外的水分吸干,放在150±2℃的鼓风干燥箱中干燥30min,取出冷却至室温,称量至质量恒定。
6、胶乳的机械稳定性以形成的残渣占胶乳的比例x表示(ppm),由下列计算公式给出:
x=m1/m0*1000000…………………………………………………(1)
式中:m1--残渣的质量,g;
m0--试样的质量,g。
7、允许差:两个平行样之差不大于30ppm。
8、本检测方法中,使用分析纯试剂和蒸馏水或纯度相当的水。
稳定性观察则是将每个样品各取三个密闭包装,然后置于25℃恒温烘箱静置观察。
实施例1
在密闭反应釜底加入70g松香、20g明胶、10g改性白芨胶混合物,加热到190℃左右,开启搅拌,转速200转/min;取6g石墨化多壁碳纳米管、15g阳离子乳化剂、10g助乳化剂司盘60、10g稳定剂木质素磺酸钠溶于100g水中制备成乳化分散液,搅拌均匀,并预热至95℃;将乳化分散液一次性快速加入到熔融的松香复合物中,低速搅拌10min,高速剪切30min,出料过均质机,冷却,调节固含量至35%过滤,出料。
实施例2
在密闭反应釜底加入70g松香、20g明胶、10g改性白芨胶混合物,加热到190℃左右,开启搅拌,转速200转/min;取8g石墨化羟基多壁碳纳米管、15g阳离子乳化剂、10g助乳化剂司盘60、10g稳定剂木质素磺酸钠溶于100g水中制备成乳化分散液,搅拌均匀,并预热至95℃;将乳化分散液一次性快速加入到熔融的松香复合物中,低速搅拌10min,高速剪切30min,出料过均质机,冷却,调节固含量至35%过滤,出料。
实施例3
在密闭反应釜底加入70g松香、20g明胶、10g改性白芨胶混合物,加热到190℃左右,开启搅拌,转速200转/min;取10g石墨化羧基多壁碳纳米管、15g阳离子乳化剂、10g助乳化剂司盘60、10g稳定剂木质素磺酸钠溶于100g水中制备成乳化分散液,搅拌均匀,并预热至95℃;将乳化分散液一次性快速加入到熔融的松香复合物中,低速搅拌10min,高速剪切30min,出料过均质机,冷却,调节固含量至35%过滤,出料。
对比例
在密闭反应釜底加入70g松香、20g明胶、10g改性白芨胶混合物,加热到190℃左右,开启搅拌,转速200转/min;15g阳离子乳化剂、10g助乳化剂司盘60、10g稳定剂木质素磺酸钠溶于100g水中制备成乳化分散液,搅拌均匀,并预热至95℃;将乳化分散液一次性快速加入到熔融的松香复合物中,低速搅拌10min,高速剪切30min,出料过均质机,冷却,调节固含量至35%过滤,出料。
对上述各个实施例制备的改性阳离子松香胶复合物及对比例样品进行性能指标检测。具体测定结果如表1所示:
表1不同样品性能指标检测
从上述指标检测结果可以看出:本发明在改性阳离子松香胶中引入多壁碳纳米管,高温高压条件下,利用高速剪切和高压均质,得到稳定性优异的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其稳定性远高于未添加多壁碳纳米管的改性阳离子松香胶,显示出多壁碳纳米管在改性阳离子松香胶复合物中的独特作用。
本领域的技术人员应理解,上述实施例只作为举例而并不限制本发明。本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 (10)
1.一种纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,包括如下重量份的组分:松香70-75份、明胶10-20份、改性白芨胶5-10份、多壁碳纳米管5-10份、季铵型阳离子淀粉15-20份、助乳化剂5-10份、稳定剂5-10份,所述阳离子乳化剂是季铵型阳离子淀粉水乳液。
2.如权利要求1所述的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,所述阳离子乳化剂采用如下方法制备:季铵型阳离子淀粉15-25重量份,水75-85重量份,混合均匀,搅拌状态下,加热至90℃,淀粉糊化呈透明状,保温,待用。
3.如权利要求1所述的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,所述改性白芨胶为马来酸酐改性白芨胶。
4.如权利要求3所述的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,所述马来酸酐改性白芨胶采用如下方法制备:100重量份白芨胶,加入5-15重量份马来酸酐,180-200℃下反应2-4h,冷却,粉碎。
5.如权利要求1所述的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,所述多壁碳纳米管选自石墨化多壁碳纳米管、石墨化羟基多壁碳纳米管、石墨化羧基多壁碳纳米管的至少一种,平均长度20-30nm。
6.如权利要求1所述的纳米改性阳离子分散松香胶复合物,其特征在于,所述助乳化剂选自吐温60、司盘60、吐温80、司盘80中的一种或两种;所述稳定剂选自木质素磺酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种。
7.一种如权利要求1-6所述纳米改性阳离子分散松香胶复合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,将松香、明胶、改性白芨胶置于密闭反应容器中,逐步升温至180-200℃,恒温20分钟,使充分熔融;
S2,将多壁碳纳米管、季铵型阳离子淀粉、助乳化剂及稳定剂的混合水溶液,预热至90-98℃后全部添加至步骤S1获得的熔融混合物中;
S3,维持体系温度在90-100℃,先低速搅拌,后高速剪切,出料;
S4,出料过均质机,冷却后过滤网,制得所述纳米改性阳离子分散松香胶复合物。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S2中制备混合水溶液的搅拌时间为40-60min,搅拌速度为300-500r/min。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S3中恒温乳化工艺的控制参数为:低速搅拌速率500-1000r/min,时间为5-20min,高剪切速率5000-10000r/min,时间为20-40min。
10.如权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤S4中均质机的压力控制范围为20-30MPa。
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