CN1563573A - N－(2－羟基－3－三甲基）丙基氯化铵壳聚糖的用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了N－(2－羟基－3－三甲基)丙基氯化铵壳聚糖作为造纸助留助滤剂的应用。所述N－(2－羟基－3－三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的分子量为3万－30万，取代度为35％－98％。本发明将壳聚糖季铵盐作为造纸助留助滤剂，其使用量小，性能优，使用方便，能有效提高中、碱性造纸中纸机运行速度，降低白水浓度，减轻污水污染。壳聚糖季铵盐作为造纸助留助滤剂适用面宽，可用于酸性体系，尤其对中、碱性造纸体系更具实用价值。对苇浆、麦杆浆等非木材浆料中的细小纤维和溶解性、胶体状碳水化合物及无机填料粒子有很好的保留。
Description
技术领域
本发明属化工技术领域，涉及N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖作为造纸助留助滤剂的应用。
背景技术
国内目前常用的草浆造纸助留助滤剂主要有阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉等。前者为合成高分子，尽管价格较低，性能好，但存在降解难，环境负荷大等缺点，因此天然高分子的研究与应用将成为今后首选对象。天然淀粉用于造纸工业已有上千年的历史，当今其阳离子改性物被广泛用于助留剂，但也存在一些缺陷，如用量大、操作烦琐、助留助滤效果不甚理想，存在着较大的拓展空间。壳聚糖由于化学结构、构型与纤维素及其相似，与淀粉相比，和纤维素底物间的作用力更大，导致成纸的力学性能和纸机运转速度均有更大的改善。大量研究表明其在酸性条件下，作为造纸助剂(如增强剂、助留助滤剂、污水处理剂等)使用，但随着造纸体系由酸性向中、碱性方向改型，限止了壳聚糖的使用。
发明内容
本发明提供所要解决的问题是提供N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖作为造纸助留助滤剂的应用，该壳聚糖季铵盐助剂作为造纸助留助滤剂的使用量小，使用方便，能有效提高中、碱性造纸中纸机运行速度，降低白水浓度，减轻污水污染。
本发明提供的技术方案是：N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖作为造纸助留助滤剂的应用。
所述N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的分子量为3万-30万，取代度为35％--98％。
N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖由下法制得：(1)阳离子取代基：在pH＝8.5-9.5下将三甲胺盐酸盐与环氧氯丙烷按1-1.3∶1的摩尔比例混合反应1-3小时，减压蒸发后得到阳离子中间体；(2)壳聚糖季铵盐的制备：按阳离子中间体与壳聚糖4-10∶1的摩尔比例，将上述阳离子中间体加入到1-1.5wt％的壳聚糖的水悬浊液中，于60--85℃，pH＝9-10条件下反应4-8小时，取出粗产物超滤，浓缩后于80-120℃真空干燥后即得到N-(-2-羟基3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖。
N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的合成路线：
本发明还提供了上述N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖用于造纸湿部添加剂的实施方案：加添顺序为浆料——助剂——填料粒子。即在PH为7-9的非木材浆料(打浆度：35-75°SR)中加入相对量为1.8-12.6mg/g绝干浆的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖(分子量为3万-30万，取代度为35-98％)水溶液，经搅拌之后加入固含量为绝干浆的10-20wt％的1-6wt％CaCO3悬浊液。细小纤维及半纤维素的留着率相对于未加入该助剂时可提高15％-50％，CaCO3的留着率达30-80％，°SR值可提高10-25％。
本发明将壳聚糖分子中引入阳离子基，如三甲基羟丙基铵基，即能使壳聚糖在中、碱性条件下溶于水，满足造纸工业的转型需求。同时，壳聚糖季铵盐有高的阳电荷，能与纤维素上的羧基阴电荷产生静电作用，进一步强化了二者间的作用力，大大提高细小纤维、填料粒子的留着率，降低白水浓度。本发明将壳聚糖季铵盐作为造纸助留助滤剂，其使用量小，性能优，使用方便，能有效提高中、碱性造纸中纸机运行速度，降低白水浓度，减轻污水污染。壳聚糖季铵盐作为造纸助留助滤剂适用面宽，可用于酸性体系，尤其对中、碱性造纸体系更具实用价值。对苇浆、麦杆浆等非木材浆料中的细小纤维和溶解性、胶体状碳水化合物及无机填料粒子有很好的留着。
具体实施方式
实施例1：在4℃将0.5mol盐酸滴加到0.5mol三甲胺溶液中，混合均匀后加热到30℃，加入环氧氯丙烷0.42mol，搅拌，至50℃于1-1.5小时内滴加50ml 40％的溶液，维持混合溶液的pH＝9，继续反应2.5小时。之后将该反应混合物移至减压蒸发器中，蒸发30min(40℃，真空度为0.09MPa)，即得阳离子中间体。然后将分子量为20万的壳聚糖12克加入到上述中间体溶液中，调节pH为9，搅拌，在75℃维持反应6小时，即得粗产品壳聚糖季胺盐，将其超滤、浓缩于100℃真空干燥得分子量为19万取代度为90％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖。
实施例2：将分子量11×104，取代度为93％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖配制成水溶液，加入到打浆度为43°SR的苇浆料中，经轻微、短暂的搅拌后加入相对干浆20％的CaCO3(平均粒径：2.69μm，比表面积：41684cm2/g)悬浊液(3％)，再经搅拌后抄片。经对白水样品的分析，当N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的计量为0.54mg/g干浆时CaCO3留着率为51％。细小纤维及溶解性胶体状的碳水物的留着率为42％。
实施例3：分子量为11×104，取代度为93％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖制成水溶液，加入到打浆度54-56°SR的苇浆料中，在N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖用量为6.7mg/g干浆时，其滤水性能提高20-25％。
实施例4：将分子量为4.8×104，取代度为93％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖盐配制成水溶液，加入到打浆度为54-56°SR、pH为7-8的苇浆料中，在N-(2羟基3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖用量为5.4mg/g干浆时，滤水性能提高20-25％。
实施例5：将分子量为20×104，取代度为63％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖溶于水，加入到pH为7-8、打浆度为43°SR的麦杆浆料中，经轻微、短暂的搅拌后加入相对绝干浆20％的重质CaCO3(平均粒径：2.69μm，比表面积：41684cm2/g)悬浊液(3％)，然后抄片。当N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖用量为绝干浆的0.54％时，碳酸钙的留着率提高61％，细小纤维及溶解性胶体状的碳水物的留着率提高45％。
实施例6：将分子量20×104，取代度为43％的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖溶于水，加入到pH为7-8、打浆度为43°SR的苇浆料中，经轻微、短暂的搅拌后加入相对绝干浆20％的重质CaCO3(平均粒径：2.69μm，比表面积：41684cm2/g)悬浊液(3％)，然后抄片。当N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖用量为绝干浆的1％时，碳酸钙的留着率提高50.5％，细小纤维及溶解性胶体状的碳水物的留着率提高31％。
Claims (4)
1.N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖作为造纸助留助滤剂的应用。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征是：所述N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的分子量为3万-30万，取代度为35％--98％。
3.根据权利要求2所述的用途，其特征是：N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖由下法制得：(1)阳离子取代基：在pH＝8.5-9.5下将三甲胺盐酸盐与环氧氯丙烷按1-1.3∶1的摩尔比例混合反应1-3小时，减压蒸发后得到阳离子中间体；(2)壳聚糖季铵盐的制备：按阳离子中间体与壳聚糖4-10∶1的摩尔比例，将上述阳离子中间体加入到1-1.5wt％的壳聚糖的水悬浊液中，于60--85℃，pH＝9-10条件下反应4-8小时，取出粗产物超滤，浓缩后于80-120℃真空干燥后即得到N-(2羟基3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖。
4.根据权利要求1或2或3所述的用途，其特征是：在PH为7-9、打浆度为35-75°SR的麦浆或苇浆浆料中加入相对量为1.8-12.6mg/g绝干浆的N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖水溶液，经搅拌之后加入固含量为绝干浆的10-20wt％的1-6wt％CaCO3悬浊液；所用N-(2-羟基-3-三甲基)丙基氯化铵壳聚糖的分子量为3万-30万，取代度为35-98％。
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