CN116289311A - 一种高稳定性akd施胶剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于造纸用助剂技术领域，尤其涉及一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法，该以阳离子醚化剂改性的PAE为乳化剂，配方如下：AKD蜡粉100份，PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)80‑100份，阳离子醚化剂2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵3‑5份、液体硫酸铝(固含量为70％)50‑60份，水750‑800份。乳液稳定，具有优异的施胶性能。

Description

一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法

技术领域

本发明属于造纸用助剂技术领域，尤其涉及一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法。

背景技术

AKD施胶剂是目前造纸厂广为使用的一类中性施胶剂。AKD全称为烷基烯酮二聚体，是通过两分子的长链脂肪酰氯在三乙胺作用下缩合形成的内酯类化合物，分子中有一个不稳定的四元环状内酯结构，具体如说明书附图1，可以与纸纤维羟基发生加成开环反应而固着在纸纤维上，疏水的长链烷基朝向纸面形成一个疏水层，因此可以提高纸张的抗水性能，被称之为反应型的施胶剂。AKD在常温下是一种不溶于水的蜡状固体，熔点为55±5℃，一般需要制备成乳液的形式用于浆内或表面施胶。传统的AKD乳液的制备通常以阳离子淀粉或阴离子型天然高分子化合物为乳化剂，所得AKD乳液存在泡沫多、稳定性差等不足。近年来有文献公开了以二甲基二烯丙基氯化铵的均聚物或共聚物为乳化剂的制备工艺，有效改善了多泡沫的缺点，乳液稳定性也有一定程度的提高，但AKD施胶剂熟化时间长的缺点并没有得到改善。有研究表明，造纸过程中联合使用PAE湿强剂和AKD施胶剂，PAE湿强剂可以对AKD施胶剂起到显著的增强促进作用，可以有效改善AKD施胶剂熟化慢的缺陷。PAE湿强剂是目前造纸企业应用极为广泛的一类阳离子聚酰胺类化合物，其制备反应包括两步，具体如说明书附图2：1)己二酸、二乙烯三胺在高温下脱水缩合形成聚酰胺；2)用环氧氯丙烷对聚酰胺链上的仲胺基进行季铵化，形成四元环状季铵盐。季铵化过程中往往会伴随着交联反应，形成不溶性的凝胶。PAE的工业上生产过程中，为了避免凝胶化现象发生，往往会降低季铵化反应温度，提前终止反应，从而导致聚酰胺类链上具有大量的未被季铵化的仲胺基残留。联合使用PAE湿强剂和AKD施胶剂时，PAE分子链中残留的仲胺基可以与AKD的内酯环发生加成反应，具体如说明书附图3，从而对AKD施胶剂起到增效促进作用。

市售PAE湿强剂分子链中具有大量的酰胺键，又具有季铵阳离子，对纸张具有优异的增湿、干强度，同时又是一种优异的乳化剂，在阳离子松香乳液施胶剂和苯丙乳液施胶剂的制备中得到了广泛的应用，所制备的乳液性能稳定，施胶性能优异，但不能用于制备AKD乳液，其原因是PAE分子链中残留的仲胺基可以与AKD的内酯环发生加成反应，具体如说明书附图3，不仅会破坏AKD的分子结构，而且还会导致所制得的乳液不稳定。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法,制备得到的AKD乳液不仅稳定性好，并具有优异的施胶性能。

有鉴于此，本发明提供一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法，具体步骤包括：

步骤S1:在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至70±5℃，至AKD蜡粉完全熔化；

步骤S2:PAE湿强剂在加热过程中非常容易出现凝胶化，因此PAE湿强剂的改性需要先稀释并采取分段升温的方式进行，具体操流程为：在改性釜中加入80-100份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、80-100份水、3-5份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌反应60分钟，加热升温至45±5℃，保温反应60分钟，继续升温至70±5℃，保温反应60分钟；

步骤S3:成品釜中加入670-700份水、50-60份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；

步骤S4:将改性后的PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在70±5℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀即得成品AKD施胶剂，固含量为15±0.5％，乳液稳定，具有优异的施胶性能。

本发明的有益效果是：PAE湿强剂对纸张具有优异的增湿、干强度，与AKD施胶剂联合使用，具有显著的增效促进作用，但不能直接用作制备AKD乳液的乳化剂。为了解决这个技术难题，本发明采用改性剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵对PAE湿强剂进行改性，通过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与PAE分子链中残留的仲胺基发生加成开环反应(图4)，将分子链中残余的仲胺基转变成叔胺基，既可以避免仲胺基与AKD分子的加成开环反应，同时又在PAE链上引入了大量的阳离子季铵基团，提高了乳化性能。改性后的PAE分子链上没有仲胺基，形成了叔胺基，该叔胺基不会与AKD发生开环反应，但依然可以催化促进AKD与纸纤维中羟基的的开环加成反应，因此以改性PAE为乳化剂，制备得到的AKD乳液不仅稳定性好，并具有优异的施胶性能。

附图说明

图1是AKD分子结构；

图2是PAE的合成反应；

图3是PAE分子中残余的仲胺官能团与AKD开环加成反应；

图4是PAE分子中残余的仲胺官能团的季铵化改性；

图5是AKD施胶剂制备流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

实施例1

1)在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至75℃，至AKD蜡粉完全熔化；2)在改性釜中加入80份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、80份水、3份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌反应60分钟，加热升温至45℃，保温反应60分钟，继续升温至75℃，保温反应60分钟；3)成品釜中加入670份水、50份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；4)将改性后的PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在75℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀，得到固含量为14.8％的白色乳液。

实施例2

1)在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至70℃，至AKD蜡粉完全熔化；2)在改性釜中加入90份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、90份水、4份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌反应60分钟，加热升温至40℃，保温反应60分钟，继续升温至70℃，保温反应60分钟；3)成品釜中加入750份水、55份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；4)将改性后的PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在70℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀，得到固含量为15.3％的白色乳液。

实施例3

1)在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至65℃，至AKD蜡粉完全熔化；2)在改性釜中加入100份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、100份水、5份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌反应60分钟，加热升温至50℃，保温反应60分钟，继续升温至65℃，保温反应60分钟；3)成品釜中加入750份水、60份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；4)将改性后的PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在65℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀，得到固含量为15.1％的白色乳液。

对比例1(未改性的PAE湿强剂为乳化剂)

1)在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至70℃，至AKD蜡粉完全熔化；2)在改性釜中加入90份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、90份水，升温至70℃，保温反应60分钟；3)成品釜中加入750份水、55份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；4)将PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在70℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀，得到固含量为15.2％的白色乳液。

性能比较

为评价本发明所述AKD施胶剂的性能指标，将实施例制备的样品分别与对比例样品、市售产品(两种不同乳化剂制备的产品)进行了对比。结果如下表所示：从表中可与看出，本发明制备的AKD施胶剂的抗水性能明显优于对比例和市售产品，产品的稳定性由于对比例，也优于以传统阳离子淀粉为乳化剂的市售AKD施胶剂。

注释：

1.测试样品来源：市售AKD产品(1)是以传统阳离子淀粉为乳化剂、木质素磺酸钠为分散剂所制备的AKD施胶剂；市售AKD产品(2)是以高分子聚铵(聚二甲基二烯丙基氯化铵，PDMDAAC)为乳化剂制备的AKD施胶剂。

2.pH值测定方法：使用PHS-3C型精密pH计进行测定。

3.稳定性测试方法：将待测乳液置于TDL-5C型离心机中(在4000r·min-1下离心15min，观察是否分层)。

4.粘度测试方法：使用Brookfield旋转黏度计进行测定(2号转子，转速50r·min-1，25℃测定)

5.固含量测试方法：称取一定质量m1(约10g)的待测乳液置于105℃的烘箱中干燥至恒重(m2)，固含量＝(m2÷m1)×100％。

6.吸水性测定方法：将AKD乳液浓度稀释至1％，采用浆内施胶的方法抄纸，AKD乳液的添加量为12kg/吨纸，纸的定量为100g/cm2。吸水性按照标准GB/T1540-2002测定120s的纸张Cobb值。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征是可以相互组合的，本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (1)

1.一种高稳定性AKD施胶剂的制备方法，具体步骤包括：

步骤S1:在熔化釜中加入100份AKD蜡粉，升温至70±5℃，至AKD蜡粉完全熔化；

步骤S2:PAE湿强剂在加热过程中非常容易出现凝胶化，因此PAE湿强剂的改性需要先稀释并采取分段升温的方式进行，具体操流程为：在改性釜中加入80-100份PAE(固含量12.5±0.5％，粘度30±3mPa.s)、80-100份水、3-5份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，搅拌反应60分钟，加热升温至45±5℃，保温反应60分钟，继续升温至70±5℃，保温反应60分钟；

步骤S3:成品釜中加入670-700份水、50-60份液体硫酸铝(固含量为70％)，搅拌充分溶解均匀；

步骤S4:将改性后的PAE溶液、熔融的AKD加入剪切釜中，在70±5℃下高速剪切30分钟，混合液接入均质机进行第一次均质，所得乳液快速降温至室温，并接入均质机进行第二次均质，所得乳液加入稀释后的硫酸铝溶液中，搅拌混合均匀即得成品AKD施胶剂，固含量为15±0.5％，乳液稳定，具有优异的施胶性能。

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