CN117587656A - 一种asa造纸施胶乳液、其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ASA造纸施胶乳液、其制备方法和应用，属于造纸助剂领域。以重量份数计，包括如下组分：3.5wt％的阳离子淀粉溶液1.75份；1.5wt％的两性聚丙烯酰胺溶液5.25份；表面活性剂0.01份；ASA原液1份；且，所述施胶乳液的D90粒径为0.5‑5.0um和/或平均粒径0.5‑3.0um。本发明将阳离子淀粉与两性PAM按一定比例混合，在特定条件下反应，制备得到ASA乳化混合液时，制备得到的乳化液稳定性明显提升，特别是在低温环境下的稳定性显著优于纯阳离子淀粉乳化剂乳化的乳化液；而且制备的ASA乳化液可通用于各层不同浆料，满足现场使用需求。
Description
技术领域
本发明属于造纸助剂领域，尤其是一种ASA造纸施胶乳液、其制备方法和应用。
背景技术
ASA(烯基琥珀酸酐)是造纸上常用的一种反应型中性施胶剂，因其快速熟化特性和湿热稳定性等优势使其越来越受青睐。ASA施胶下机熟化率高达80％以上，而AKD施胶则不足50％，松香胶施胶熟化率高低依赖于系统硫酸铝添加量，大量硫酸铝使纸机系统处于酸性环境中，既不利于碳酸钙添加，又容易造成急难清理的纸机系统无机沉积物。因而ASA施胶具有其独特的优势。ASA原液是一种琥珀色油性液体，不溶于水，无法在水环境中均匀添加，需要在乳化剂条件下乳化成水包油乳液后才可分散在水环境中，从而用于抄纸系统。因ASA化学反应活性高，易于水解成阻碍施胶的二元酸水解物，所以ASA必须在现场乳化制备。
ASA乳化液的现场制备方法和工艺直接影响其使用效果，乳化液的稳定性和亲和性直接影响ASA施胶效果，所以除成熟稳定的乳化工艺外，乳化剂的选择就至关重要。目前常用的ASA乳化剂有天然高分子乳化剂(阳离子淀粉)和合成高分子乳化剂(CPAM)。目前普遍接受的三种乳化剂(阳离子淀粉、聚乙二醛接枝改性聚丙烯酰胺，以下简称GPAM、两性聚丙烯酰胺(AM-DMC-DADMAC-AAS共聚，以下简称两性PAM))各有优缺点：阳离子淀粉乳化剂因其与纤维结构的相似性使其具有超强的纤维选择性亲和性能，对灰分及其他系统垃圾有一定抵抗作用，一般用于高加填的文化纸，而GPAM和两性PAM因其具有乳化ASA性能，且无需蒸煮的使用便携性、乳化液高稳定性、高阴离子垃圾屏蔽性能等使其在较低灰分高阴离子垃圾系统下性能表现突出而被广泛使用于包装纸系统的ASA乳化剂。但其分子链特性又非常容易被碳酸钙等填料微粒吸附，所以在高灰环境下使用效果不佳而很少被使用。
对于如涂布白板纸、灰底白板纸等多浆种的抄纸系统，其面层是高填料参与的文化纸抄造系统，衬层是脱墨浆参与的新闻纸抄造系统，芯底层是OCC浆参与的包装纸抄造系统，传统的单一乳化剂乳化的ASA系统无法同时适用于如涂布白板纸、灰底白板纸等多浆种的抄纸系统，一般面衬层使用AKD施胶，而芯底层用ASA施胶。因ASA施胶成本明显有优势，客户更青睐于使用ASA施胶系统，所以我们需要一种能同时适用于多浆种抄纸系统的ASA施胶系统，来满足客户的迫切需求。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种ASA造纸施胶乳液、其制备方法和应用，以解决背景技术所涉及的问题。
本发明提供一种ASA造纸施胶乳液，以重量份数计，包括如下组分：
且，所述施胶乳液的D90粒径为0.5-5.0um和/或平均粒径0.5-3.0um。
优选地或可选地，所述烯基琥珀酸酐原液为30-50wt％的C196烯基琥珀酸酐和50-70wt％的C18烯基琥珀酸酐的混合物。
优选地或可选地，所述阳离子淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中一种或几种淀粉经阳离子醚化处理得到的阳离子淀粉。
优选地或可选地，所述阳离子淀粉取代度大于0.025％。
优选地或可选地，所述两性聚丙烯酰胺为由丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸及其盐类、甲基丙烯酸及其盐类中任意两种或两种以上单体的共聚物。
优选地或可选地，所述两性聚丙烯酰胺的分子量200000-1000000。
优选地或可选地，所述表面活性剂包括烷基醇聚醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐、脂肪醇酰胺磷酸酯、脂肪酸磺酸盐、饱和醇醚磺酸盐、磺基琥珀酸酯等中一种或几种。
本发明还提供一种ASA造纸施胶乳液的制备方法，包括如下步骤：
将阳离子淀粉溶液与两性聚丙烯酰胺溶液按照1：1至1:5的质量比例配置成混合液，加入表面活性剂，并调节pH至弱酸性；
改成将ASA原液与混合液按1:5至1:9的质量比例混合后，在剪切机中剪切乳化，调至所述施胶乳液的D90粒径为0.5-5.0um和/或平均粒径0.5-3.0um。
优选地或可选地，所述剪切机的转速为10000rpm；乳化时间为90s。
本发明还提供一种所述的ASA造纸施胶乳液在制备抄纸中的应用。
本发明涉及一种ASA造纸施胶乳液、其制备方法和应用，相较于现有技术，具有如下有益效果：本发明将阳离子淀粉与两性PAM按一定比例混合，在特定条件下反应，制备得到ASA乳化混合液时，制备得到的乳化液稳定性明显提升，特别是在低温环境下的稳定性显著优于纯淀粉乳化剂乳化的乳化液；
而且，制备得到的乳化液应用效果明显优于单一乳化剂乳化的乳化液；其自吸附能力也明显优于单一乳化剂乳化的乳化液，对助留剂的依赖性明显降低，可在助留剂添加不足的环境下依然保持高效的应用效果；其普适性明显增加，可同时适用在高碳酸钙加填纸及包装纸中，如涂布白板纸、灰底白板纸等，适用此法制备的ASA乳化液可通用于各层不同浆料，满足现场使用需求。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
发明概述
传统的ASA乳化施胶方法是单独使用阳离子淀粉或者聚合物乳化剂稀释到一定浓度，调节pH后与ASA混合经乳化泵高速剪切将ASA原液乳化成一定平均粒径或中值粒径的ASA乳化液，经二次稀释后添加至纸浆系统，抄造成形烘干后纸页便具有一定的抗水性能。
本发明有效结合了阳离子淀粉和聚合物乳化剂的各自优势，使乳化液稳定性提升、抗低温性能更优异、对助留剂的依赖性降低、普适性更佳等诸多优势，特别是在灰底白板纸等多浆种系统中，一套ASA施胶系统普遍适用于各层浆料，且施胶性能明显提升。具体制备方法是：将淀粉溶液与两性聚丙烯酰胺(PAM)溶液配置成特定比例的混合液，加入某种特殊表面活性剂，调节pH至弱酸性，与ASA按特定比例混合后在剪切机中高速剪切乳化，调至指定粒径分布后经稀释后添加至浆料系统中。
其中，阳离子淀粉取代度越高，乳化液粒径越小，且乳化液与纤维的吸附性越好，但受技术和成本制约，所述阳离子淀粉取代度一般在0.025％-0.07％。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
将取蒸煮好的3.5％的阳离子淀粉溶液(所述阳离子淀粉取代度0.034％，下列实施例均相同)冷却至50℃左右，并称取175g于乳化罐中，用10％柠檬酸调节pH至4.0，加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液(所述烯基琥珀酸酐原液为30wt％的C16烯基琥珀酸酐和70wt％的C18烯基琥珀酸酐的混合物，下列实施例均相同)。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例2：
称取175g1.5％有效含量的两性PAM于乳化罐中，用10％柠檬酸调节pH至4.0，加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2或检测例3方法测定其施胶度。
实施例3：
称取3.5％阳离子淀粉溶液29.2g与1.5％两性PAM溶液145.8g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至4.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2或检测例3方法测定其施胶度。
实施例4：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至4.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例5：
称取3.5％阳离子淀粉溶液87.5g与1.5％两性PAM溶液87.5g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至4.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例6：
称取3.5％阳离子淀粉溶液131.25g与1.5％两性PAM溶液43.75g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至4.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例7：
称取3.5％阳离子淀粉溶液145.8g与1.5％两性PAM溶液29.2g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至4.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例8：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至3.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。实施例9：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至5.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例10：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至6.0，搅拌充分反应10min,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例11：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.125g烷基磷酸酯(盐),加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例12：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.125g脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯(盐),加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例13：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.125g脂肪醇酰胺磷酸酯，加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例14：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.125g磺基琥珀酸酯,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例15：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.025g脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
实施例16：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.25g脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2或检测例3方法测定其施胶度。
实施例17：
称取3.5％阳离子淀粉溶液43.75g与1.5％两性PAM溶液131.25g混合搅拌均匀，在搅拌状态下用10％柠檬酸调节pH至7.0，搅拌充分反应10min,加入0.375g脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯,加入25gASA原液，在10000RPM条件下高速剪切90S，停止剪切，获得ASA乳化浓缩液。用检测例1方法检测浓缩液的粒径及稳定性，用检测例2方法测定其施胶度。
检测例1
本检测例提供了一种实验室评价ASA施胶乳化液粒径分布和乳液稳定性能的评价方法，其测试结果参见表1，其检测参数和检测方法具体如下：
1、粒径分布：使用HORIBA公司LA-300粒径分布分析仪测试上述1-17实施例中制得的乳化浓缩液的粒径分布，记录D90％粒径(一个样品的累计粒度分布数达到90％时所对应的粒径)、mean粒径；
2、乳液稳定性：将1-17实施例中制得的乳化浓缩液装入玻璃瓶中，利用检测例1粒径分布的测试方法检测40℃恒温保存2小时的短时稳定性(粒径和乳液状态)以及40℃恒温保存6小时、25℃常温保存30天的长时稳定性(乳液状态)，是否破乳絮聚或分层。
检测例2
本检测例提供了一种实验室模拟现场抄纸系统来评价ASA乳化液施胶抗水性能的评价方法，其测试结果参见表2，其检测参数和检测方法具体如下：
1、用自来水(电导率300us/cm)将ASA浓缩液稀释100倍，待用。
2、分别取现场涂布白板纸机面层(文化纸浆料系统，50％杨木化机浆+25％漂白硫酸盐阔叶木浆+10％漂白硫酸盐针叶木浆+15％办公废纸浆，碳酸钙填料PCC-30％)、芯层(新闻纸浆料系统，100％DIP浆)、底层(包装纸浆料系统，100％OCC纸浆)冲浆泵后未加ASA施胶剂的浆料，按抄造定量100g/m2称取各层浆料于烧杯中，加入①制备的ASA二次稀释乳液(面层吨浆3.0kg、芯层吨浆2.0kg、底层吨浆0.5kg)，搅拌30S，加入吨纸0.25kg的富淼科技助留剂VD8240，继续搅拌60s，转移至抄片器上抄造成纸片，压榨后在95℃纸页干燥器干燥6min，恒温恒湿24H。
3、采用国标法《GBT 5405-2002纸施胶度的测定(液体渗透法)》测试纸样的施胶度。
检测例3
本检测例提供了一种实验室模拟现场抄纸系统来评价ASA乳化液施胶抗水性能的评价方法(本检测例相对于检测例2的区别在于：ASA乳化液与助留剂VD8240的比例)，，其测试结果参见表2，其检测参数和检测方法具体如下：
1、用自来水(电导率300us/cm)将ASA浓缩液稀释100倍，待用。
2、分别取现场涂布白板纸机面层(文化纸浆料系统，50％杨木化机浆+25％漂白硫酸盐阔叶木浆+10％漂白硫酸盐针叶木浆+15％办公废纸浆，碳酸钙填料PCC-30％)、芯层(新闻纸浆料系统，100％DIP浆)、底层(包装纸浆料系统，100％OCC纸浆)冲浆泵后未加ASA施胶剂的浆料，按抄造定量100g/m2称取各层浆料于烧杯中，加入①制备的ASA二次稀释乳液(面层吨浆3.0kg、芯层吨浆2.0kg、底层吨浆0.5kg)，搅拌30S，加入吨纸0.1kg的富淼科技助留剂VD8240，继续搅拌60s，转移至抄片器上抄造成纸片，压榨后在95℃纸页干燥器干燥6min，恒温恒湿24H。
3、采用国标法《GBT 5405-2002纸施胶度的测定(液体渗透法)》测试纸样的施胶度。
表1：实施例1至17得到的ASA施胶乳化液粒径分布和乳液稳定性能
表2：实施例1至17得到的ASA施胶乳化液的施胶抗水性能
讨论：
从表1的数据可以看到：采用实施例12至实施例17将淀粉与两性PAM按一定比例混合，并加入的表面活性剂，生成物可用于乳化剂乳化ASA原液，而且制得的乳化液稳定性明显提升，特别是在低温环境下的稳定性显著优于纯淀粉乳化剂乳化的乳化液。对比实施例11至实施例17，加入特定比例的脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯(盐)表面活性剂后，能够使乳化剂乳化ASA原液的粒径更小，稳定性更佳。对比实施例1、实施例8至10，淀粉与两性PAM在弱酸性环境下进行混合时，具体为pH在4.0-6.0时，反应生成物用于乳化ASA效果最佳。尤其是，实施例16、实施例17制得的ASA乳化稀释液初始粒径小，且稳定性好，可达30天乳液状态稳定。
从表2的数据可以看到：采用实施例12至实施例17制得的乳化液普适性明显增加，可同时适用在高碳酸钙加填纸及包装纸中，如涂布白板纸、灰底白板纸等，适用此法制备的ASA乳化液可通用于各层不同浆料，满足现场使用需求。对比实施例1、实施例2、和实施例6，采用本发明制备的乳化液应用效果明显优于单一乳化剂乳化的乳化液。对比检测例2和检测例3，采用本发明制备的乳化液自吸附能力明显优于实施例单一乳化剂乳化的乳化液，对助留剂的依赖性明显降低，可在助留剂添加不足的环境下依然保持高效的应用效果；尤其是，实施例16制得的ASA乳化液施用于纸上，抗水性能明显优于其它实施例，且乳化液应用性能稳定，最助留剂的依赖性明显降低。
综上，本发明制备的高分子物质乳化ASA乳化液能同时具备如下性能：提高ASA乳化液在低温环境下的稳定性，降低施胶过程中对助留剂的依赖性、提高ASA乳化施胶效果、完全适用于涂布白板纸灰底白板纸等多浆种抄造系统。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种ASA造纸施胶乳液，其特征在于，以重量份数计，包括如下组分：
且，所述施胶乳液的D90粒径为0.5-5.0um和/或平均粒径0.5-3.0um。
2.根据权利要求1所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述烯基琥珀酸酐原液为30-50wt％的C16烯基琥珀酸酐和50-70wt％的C18烯基琥珀酸酐的混合物。
3.根据权利要求1所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述阳离子淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中一种或几种淀粉经阳离子醚化处理得到的阳离子淀粉。
4.根据权利要求3所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述阳离子淀粉取代度大于0.025％。
5.根据权利要求1所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺为由丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸及其盐类、甲基丙烯酸及其盐类中任意两种或两种以上单体的共聚物。
6.根据权利要求5所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述两性聚丙烯酰胺的分子量200000-1000000。
7.根据权利要求1所述的ASA造纸施胶乳液，其特征在于，所述表面活性剂包括烷基醇聚醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐、脂肪醇酰胺磷酸酯、脂肪酸磺酸盐、饱和醇醚磺酸盐、磺基琥珀酸酯中一种或几种。
8.一种ASA造纸施胶乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将阳离子淀粉溶液与两性聚丙烯酰胺溶液按照1：1至1:5的质量比例配置成混合液，加入表面活性剂，并调节pH至弱酸性，pH优选为4-6；
将ASA原液与混合液按1:5至1:9的质量比例混合后，在剪切机中剪切乳化，调至所述施胶乳液的D90粒径为0.5-5.0um和/或平均粒径0.5-3.0um。
9.根据权利要求8所述的ASA造纸施胶乳液的制备方法，其特征在于，所述剪切机的转速为8000-12000rpm；乳化时间为60-120s。
10.一种基于权利要求1至7任一项所述的ASA造纸施胶乳液在制备抄纸中的应用。
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