CN116621998A - 一种高电荷密度akd用乳化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及AKD用表面活性剂制备技术领域,具体涉及一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,包括如下步骤:S1、制备木薯淀粉的水溶液;S2、向木薯淀粉的水溶液中加入氧化剂,调节体系pH值,在第一温度下保温反应;S3、步骤S2反应结束后,升温至第二温度,加入碱液,升温至第三温度,加入阳离子醚化剂,保温反应;S4、向步骤S3中反应体系加酸终止反应;S5、向步骤S4的反应产物中加入分散剂,升温至第四温度,保温后降温,得成品。本发明制得的AKD用乳化剂具有179~187meq/g的电荷密度,增强了与AKD粒子的结合强度,乳化效果好,制备方法简单,适合工业规模化生产。

Description

一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及AKD用表面活性剂制备技术领域,具体涉及一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法。
背景技术
AKD是英文名称alkyl ketene dimer的缩写,即烷基烯酮二聚体。AKD乳液是造纸上常用的一种浆内施胶剂,由于价格便宜、抗水效果好等优点,广泛应用在包装纸、文化纸、再生纸等方面。由于AKD本身不带电荷,因此在纤维上难以留着,一般需要使用阳离子乳化剂将AKD乳化,使AKD带上正电荷而吸附到带负电荷的纤维上。阳离子乳化剂不仅具有高阳电荷性,同时还具有自留着和协同增效作用,有效提高了AKD乳液的稳定性,减小了使用量,缩短了施胶熟化时间。目前,市场上的AKD乳液绝大部分是以阳离子淀粉为乳化剂制备的,但阳离子淀粉的电荷密度较低、分子质量较大、与AKD粒子的结合强度也较低,用其制备的AKD乳液的稳定性和施胶效果欠佳。
CN146279451A公开了一种高取代度阳离子淀粉及其制备方法,制备方法包括如下步骤:
(1)将淀粉浓度为与86-144wt%的有机溶剂水溶液混合后置于反应容器中,所述淀粉与所述有机溶剂的质量比为1:4.5-3;(2)将催化剂和醚化剂溶于水,加入所述反应容器中,搅拌并升温至54-85℃,反应4.5-5h;(3)加入氧化剂,反应5-64min;(4)加入酸至反应体系的pH值为4-7;(5)加入交联剂,反应4-184min;(6)真空干燥,温度为54-115℃,真空度为4.47-4.1MPa,即得所述高取代度阳离子淀粉。
CN144193839A公开了一种阳离子淀粉及其制备方法和应用,其制备方法包括:(1)将淀粉与质量百分含量为54-94%的有机溶剂水溶液混合后置于反应容器中;(2)加入催化剂,搅拌并升温至54-94℃;(3)加入醚化剂,反应1~5h;(4)加入氧化剂,反应14-64min;(5)加入酸至反应体系的pH值为4-7;(6)真空干燥,温度为54-94℃,真空度为4.47-4.1MPa,即得所述阳离子淀粉。本发明的制备方法制备得到的阳离子淀粉作为AKD乳化剂,可使AKD乳液在常温下稳定时间超过3个月。
上述专利是首先对淀粉进行醚化再进行氧化,氧化剂会影响醚化后的淀粉带电性,造成阳离子淀粉电荷密度降低,影响乳化性。
发明内容
针对现有技术AKD乳化剂电荷密度低、乳化性能欠佳等问题,本发明提供一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,制得的AKD用乳化剂具有179~187meq/g的电荷密度,增强了与AKD粒子的结合强度,乳化效果好,制备方法简单,适合工业规模化生产。
本发明提供一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、制备木薯淀粉的水溶液;
S2、向木薯淀粉的水溶液中加入氧化剂,调节体系pH值,在第一温度下保温反应;
S3、步骤S2反应结束后,升温至第二温度,加入碱液,升温至第三温度,加入阳离子醚化剂,保温反应;
S4、向步骤S3中反应体系加酸终止反应;
S5、向步骤S4的反应产物中加入分散剂,升温至第四温度,保温后降温,得成品。
进一步的,步骤S2中,木薯淀粉的水溶液加入氧化剂时开始降温,第一温度为15~24℃。
进一步的,步骤S2中,氧化剂为次氯酸钠。
进一步的,步骤S2中,调节体系pH值至8.5~9.5。
进一步的,步骤S3中,第二温度为44~74℃,第三温度为54~84℃,保温反应的时间为2~12h。
进一步的,步骤S3中,阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵或3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
进一步的,步骤S5中,分散剂为分散剂NNO、聚丙烯酸钠分散剂、季铵盐分散剂中的一种或多种。
进一步的,步骤S5中,第四温度为85~95℃,保温时间为1~5h。
进一步的,制得的高电荷密度AKD用乳化剂的电荷密度为179~187meq/g。
本发明的有益效果在于:
(1)本发明提供的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,使用水做溶剂分散新鲜木薯淀粉,节能环保,不会造成二次污染,生产的产品可以直接用于AKD的乳化;
(2)本发明提供的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,首先使用氧化剂对木薯淀粉溶液进行氧化,降解淀粉中残留的蛋白质等,可以有效提高淀粉浆的稳定性;
(3)本发明提供的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,先对木薯淀粉氧化后再进行醚化,避免了后序氧化剂对醚化淀粉的影响,提高了制得乳化剂的电荷密度;
(4)本发明制得的制备的AKD用乳化剂电荷密度高,产品质量稳定,具有优异的AKD乳化性能,在纸张应用时可以起到胶体保护、助留增效特点。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)在带有机械搅拌装置、装有冷凝回流管的1444ml三口瓶中,加入244克水,室温下,在搅拌状态下将244克鲜木薯淀粉加入到水中,搅拌14~24分钟使其充分分散,制得木薯淀粉的水溶液;
(2)将12.4克次氯酸钠溶液加入上述木薯淀粉的水溶液中,调节pH值至8.5~9.5,反应液降温控制温度为15~24℃,保温4小时;
(3)反应液升温至44℃,加入液碱24克,直至pH值达到11.4~13.4加入完毕,升温至54℃,加入3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵144克,保温反应12小时;
(4)反应液保温后,加入冰醋酸16克,加入完毕,保温反应9小时;
(5)反应液保温反应后,加入分散剂NNO 6克,升温至95℃保温5小时,加水调节含量得到固含量34.18%的AKD用乳化剂。
实施例2
一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)在带有机械搅拌装置、装有冷凝回流管的1444ml三口瓶中,加入244克水,室温下,在搅拌状态下将244克鲜木薯淀粉加入到水中,搅拌14~24分钟使其充分分散,制得木薯淀粉的水溶液;
(2)将12.4克次氯酸钠溶液加入上述木薯淀粉的水溶液中,调节pH值至8.5~9.5,反应液降温控制温度为15~24℃,保温反应4小时;
(3)反应液升温至74℃,加入液碱18克,直至pH值达到11.6加入完毕,升温至84℃,加入94克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵保温反应2小时;
(4)反应液保温后,加入草酸19克,加入完毕保温反应9小时;
(5)反应液保温反应后,加入季铵盐分散剂4克,升温至85℃保温3小时,加水调节含量得到固含量29.19%AKD用乳化剂。
实施例3
一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)在带有机械搅拌装置、装有冷凝回流管的1444ml三口瓶中,加入244克水,室温下,在搅拌状态下将244克鲜木薯淀粉加入到水中,搅拌14~24分钟使其充分分散,制得木薯淀粉的水溶液;
(2)将12.4克次氯酸钠溶液加入上述木薯淀粉的水溶液中,调节pH值至8.5~9.5,反应液降温控制温度为15~24℃,保温4小时;
(3)反应液升温至64℃,加入液碱19克,直至pH值达到12.5加入完毕,升温至74℃,加入78克环氧丙基三甲基氯化铵保温反应8小时;
(4)反应液保温后,加入31%盐酸28克,加入完毕,保温反应9小时;
(5)反应液保温反应后,加入季铵盐分散剂3克,升温至94℃保温1小时,加水调节含量得到固含量32%AKD用乳化剂。
对比例1
对比例1与实施例1不同的是,制备方法不包括实施例1中步骤(2),具体步骤为:
(1)在带有机械搅拌装置、装有冷凝回流管的1444ml三口瓶中,加入244克水,室温下,在搅拌状态下将244克鲜木薯淀粉加入到水中,搅拌14~24分钟使其充分分散,制得木薯淀粉的水溶液;
(2)将上述木薯淀粉的水溶液升温至44℃,加入液碱24克,直至pH值达到11.4~13.4加入完毕,升温至54℃,加入3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵144克,保温反应12小时;
(3)上述反应液保温后,加入冰醋酸16克,加入完毕,保温反应9小时;
(4)上述反应液保温反应后,加入分散剂NNO 6克,升温至95℃保温5小时,加水调节含量得到AKD用乳化剂。
对比例2
对比例2与实施例1不同的是,制备方法中先醚化再氧化,具体步骤为:
(1)在带有机械搅拌装置、装有冷凝回流管的1444ml三口瓶中,加入244克水,室温下,在搅拌状态下将244克鲜木薯淀粉加入到水中,搅拌14~24分钟使其充分分散,制得木薯淀粉的水溶液;
(2)将上述木薯淀粉的水溶液升温至44℃,加入液碱24克,直至pH值达到11.4~13.4加入完毕,升温至54℃,加入3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵144克,保温反应12小时;
(3)将12.4克次氯酸钠溶液加入上述木薯淀粉的水溶液中,调节pH值至8.5~9.5,反应液降温控制温度为15~24℃,保温4小时;
(4)上述反应液保温后,加入冰醋酸16克,加入完毕,保温反应9小时;
(5)上述反应液保温反应后,加入分散剂NNO 6克,升温至95℃保温5小时,加水调节含量得到AKD用乳化剂。
本发明各实施例及对比例制得AKD用乳化剂性能指标如表1所示。
表1本发明各实施例及对比例制得AKD用乳化剂性能指标
指标 实施例1 对比例1 对比例2 实施例2 实施例3
pH值 4.18 4.66 4.41 3.28 4.56
粘度,mpa.s 127.4 144.3 94.24 85.4 49.4
固含量,% 34.18% 26.31% 24.13% 29.19% 32%
电荷密度,meq/g 186.9 98.1 89.32 179.6 185.3
由表1可以看出,本发明制得的AKD用乳化剂与对比例相比,具有更高的电荷密度,提高了与AKD粒子的结合强度,起到助留增效的作用。
分别使用上述实施例1-3中制得的乳化剂进行AKD乳化,乳化过程如下,54克AKD和84克乳化剂混合后,进行高速剪切(转速2444-5444r/min)14-24分钟,然后使用高压均质机均质,加入适当水稀释可以达到AKD乳液。将3个AKD乳液在54℃恒温老化箱进行稳定性实验,3个AKD乳液在老化实验箱中放置7天均未出现分层、破乳现象。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述,但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下,本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换,而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、制备木薯淀粉的水溶液;
S2、向木薯淀粉的水溶液中加入氧化剂,调节体系pH值,在第一温度下保温反应;
S3、步骤S2反应结束后,升温至第二温度,加入碱液,升温至第三温度,加入阳离子醚化剂,保温反应;
S4、向步骤S3中反应体系加酸终止反应;
S5、向步骤S4的反应产物中加入分散剂,升温至第四温度,保温后降温,得成品。
2.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S2中,木薯淀粉的水溶液加入氧化剂时开始降温,第一温度为15~24℃。
3.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S2中,氧化剂为次氯酸钠。
4.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S2中,调节体系pH值至8.5~9.5。
5.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S3中,第二温度为44~74℃,第三温度为54~84℃,保温反应的时间为2~12h。
6.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S3中,阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵或2,3-环氧丙基三甲基氯化铵中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S5中,分散剂为分散剂NNO、聚丙烯酸钠分散剂或季铵盐分散剂中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,步骤S5中,第四温度为85~95℃,保温时间为1~5h。
9.如权利要求1-8任一项所述的高电荷密度AKD用乳化剂的制备方法,其特征在于,制得的高电荷密度AKD用乳化剂的电荷密度为179~187meq/g。
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