CN1944792A - 一种纸张表面处理用施胶剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纸张表面处理用施胶剂及其制备方法和应用，制备方法，包括如下步骤：将分散剂、乳化剂、引发剂、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯进行自由基乳液聚合，30℃～95℃条件下反应时间为2～6小时，即获得产品；所说的分散剂为明胶，引发剂为过硫酸盐。本发明的纸张表面处理用施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能、环保的产品。该产品与淀粉一起对纸张进行表面施胶，可大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种纸张表面处理用施胶剂及其制备方法和应用。
背景技术
纸张，特别是瓦楞纸、板纸的发展趋势表现在：
1)正从高克重向低克重方向发展。
2)采用废纸代替木浆，但成纸的强度差，吸水值高。
3)由于内部施胶可变因素较多所导致的纸张质量不稳定、档次很难提高的问题，使得生产厂家少用或放弃内部施胶，采用表面施胶进行弥补的工艺成为流行趋势。
用于上述表面施胶的施胶剂要求：a)提高环压强度；b)大幅降低Cobb值(吸水值)；c)熟化速度快，要求下机就熟。
中国专利CN1610708A公开的一种施胶剂，虽然能降低Cobb值，但不能明显提高环压强度，熟化速度慢。
发明内容
本发明的目的是提出一种纸张表面处理用施胶剂及其制备方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的施胶剂pH＝2～6，固含量20％～40％，平均粒径20nm～50nm，阳离子度0.02～0.2。
本发明的纸张表面处理用施胶剂的制备方法包括如下步骤：
将分散剂、乳化剂、引发剂、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯进行自由基乳液聚合，30℃～95℃条件下反应时间为2～6小时；
所说的分散剂为明胶，优选重均分子量为10000～100000的明胶；
乳化剂为阳离子与非离子复合的表面活性剂，优选C12～18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵(n＝5～20)中的至少一种，可采用市售产品，如河南道纯化工技术有限公司生产的牌号为Gemini阳离子表面活性剂31551的产品；
引发剂为过硫酸盐，选自过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的至少一种；
阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵或二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；
(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯或甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
上述技术方案中，以重量百分比计：
明胶的用量为2％～20％，(甲基)苯乙烯的用量为20％～70％，阳离子单体的用量为10％～30％，(甲基)丙烯酸酯类单体的用量为2％～30％，阳离子与非离子复合的表面活性剂的用量为0.2％～5％，过硫酸盐的用量为0.1％～5％，合计重量为100％。
所述的纸张表面处理用施胶剂，可以用于制备瓦楞纸、板纸或白卡纸的表面处理。
众所周知，加入聚乙烯醇能明显提高的体系的稳定性，但是本发明人发现在该体系中效果并不明显，而引入明胶效果相当明显。从机理上讲，阳离子度越大所制得的水分散体与纤维的结合力越强，但是本发明人发现阳离子度超过0.2时与纤维的结合力反而降低，因此阳离子度须控制在0.02～0.2的范围内，阳离子度可通过调节阳离子单体用量的方法进行控制；引入的阳离子与非离子复合的乳化剂比通常乳液聚合用乳化剂用量少，能明显降低Cobb值。对于该水分散体平均粒径，本发明人发现在20nm～50nm熟化速度越快，超过此范围熟化速度则会变慢。
本发明的纸张表面处理用施胶剂是一种能满足纸张表面施胶用的高性能、环保的产品。该产品与淀粉一起对纸张进行表面施胶，可大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度。
具体实施方式
实施例1
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入5克分子量为10000的明胶，250克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至38℃。加入100克重量浓度为25％十八烷基聚氧乙烯(5)三甲基氯化铵的水溶液，加热至95℃，加入25克重量浓度50％过硫酸铵水溶液，同时滴加50克重量浓度50％甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵水溶液和以下混合单体：苯乙烯175克，丙烯酸正丁酯20克，1小时加完。于95℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝2.0。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量39.8％，平均粒径20nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.13(采用GB12309-90方法测定)。
实施例2
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入20克分子量为20000的明胶，368.4克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至30℃。加入0.8克25％十二烷基聚氧乙烯(20)三甲基氯化铵的水溶液，加入2克重量浓度50％过硫酸钾的水溶液，同时滴加60克重量浓度50％甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵水溶液和以下混合单体：甲基苯乙烯20克，甲基丙烯酸异辛酯28.8克，4小时加完。于30℃维持反应2小时，冷却至25℃，pH＝5.0。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量20.1％，平均粒径29nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.2(采用GB12309-90方法测定)。
实施例3
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入15克分子量为50000的明胶，209.75克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至38℃。加入6克25％十六烷基聚氧乙烯(10)三甲基氯化铵水溶液，加热至85℃，加入4.5克重量浓度50％过硫酸钠水溶液，同时滴加阳离子单体水溶液和混合单体，2小时加完。其中，阳离子单体水溶液由20克重量浓度50％甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵水溶液和25克重量浓度50％丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵水溶液组成；混合单体由63.75克苯乙烯和45克甲基丙烯酸甲酯组成。于85℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量29.9％，平均粒径40nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.02(采用GB12309-90方法测定)。
实施例4
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入10克分子量为80000的明胶，330.63克蒸馏水，升温至85℃溶解。降温至35℃。加入6.4克重量浓度25％十四烷基聚氧乙烯(8)三甲基氯化铵水溶液，加热至85℃，加入8克重量浓度50％过硫酸铵水溶液，同时滴加80克重量浓度50％二烯丙基二甲基氯化铵水溶液和以下混合单体：甲基苯乙烯104.4克，甲基丙烯酸甲酯40克，2小时加完。于85℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量35.2％，平均粒径42nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子0.07(采用GB12309-90方法测定)。
实施例5
在带有冷凝器、滴加装置、搅拌器、温度计的1000ml四口烧瓶中，加入15克分子量为100000的明胶，270克蒸馏水，升温至75℃溶解。降温至35℃。加入6克重量浓度25％十四烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵水溶液，加热至75℃，加入1克重量浓度50％过硫酸钾水溶液，同时滴加阳离子单体水溶液和混合单体，2小时加完。其中，阳离子单体水溶液由30克重量浓度50％二烯丙基二甲基氯化铵水溶液和20克重量浓度50％甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵水溶液组成；混合单体由56克苯乙烯和2克丙烯酸甲酯组成。于85℃维持反应1小时，冷却至35℃，pH＝3.5。经100目滤网过滤，得纸张表面处理用施胶剂，固含量35.2％，平均粒径47nm(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.12(采用GB12309-90方法测定)。
实施例6
在纸张上表面施胶：
糊化液的配制：配制500克重量浓度10％氧化淀粉水溶液，升温至90℃，糊化20分钟，降温至40℃，再加入实施例1～5配方的施胶剂，再加水稀释至8％。
Cobb值测定：
采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的XSH型可勃吸收性测定仪按GB/T1540-1989方法检测待测纸样。
环压强度测定：
采用杭州轻通博科自动化技术有限公司的CT300A压缩强度测试仪检测待测纸样。
A)在瓦楞纸上表面施胶：
使用实施例1～5配方配制的糊化液在120克瓦楞纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2g/m2，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷却至室温进行测定。
| 样品 | Cobb值/(g/m2) | 环压指数/(N·m/g) | ||
| 烘30s | 烘120s | 烘30s | 烘120s | |
| 空白 | 270 | 249 | 3.1 | 3.6 |
| 按CN1610708A得到的施胶剂 | 60 | 34 | 5.1 | 5.8 |
| 实施例1 | 29 | 26 | 6.1 | 6.2 |
| 实施例2 | 26 | 24 | 6.3 | 6.3 |
| 实施例3 | 27 | 25 | 5.9 | 6.0 |
| 实施例4 | 28 | 27 | 6.1 | 6.1 |
| 实施例5 | 27 | 26 | 6.5 | 6.6 |
B)在板纸上表面施胶：
使用实施例1～5配方配制的糊化液在350克板纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2g/m2，涂布后分别在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷却至室温进行测定。
| 样品 | Cobb值/(g/m2) | 环压指数/(N·m/g) | ||
| 烘30s | 烘120s | 烘30s | 烘120s | |
| 空白 | 350 | 340 | 3.0 | 3.4 |
| 按CN1610708A得到的施胶剂 | 175 | 90 | 4.8 | 5.3 |
| 实施例1 | 68 | 65 | 5.8 | 6.0 |
| 实施例2 | 72 | 70 | 5.7 | 5.8 |
| 实施例3 | 71 | 68 | 6.0 | 6.1 |
| 实施例4 | 75 | 71 | 6.2 | 6.2 |
| 实施例5 | 77 | 73 | 6.1 | 6.4 |
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的施胶剂，与比较样相比，能大幅度提高纸张的环压强度、显著改善Cobb值，明显加快熟化速度。
Claims (9)
1.一种纸张表面处理用施胶剂的制备方法，包括如下步骤：
将分散剂、乳化剂、引发剂、阳离子单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和(甲基)苯乙烯进行自由基乳液聚合，30℃～95℃条件下反应时间为2～6小时，即获得产品；
所说的分散剂为明胶，引发剂为过硫酸盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，明胶的重均分子量为10000～100000。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，乳化剂为阳离子与非离子复合的表面活性剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，乳化剂为C12～18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵(n＝5～20)中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，阳离子单体选自甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵、丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵或二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；
(甲基)丙烯酸酯类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸-2-羟乙酯、丙烯酸-2-羟丙酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯或甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种；
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，以重量百分比计：
分散剂用量为2％～20％，(甲基)苯乙烯的用量为20％～70％，阳离子单体的用量为10％～30％，(甲基)丙烯酸酯类单体的用量为2％～30％，阳离子与非离子复合的表面活性剂的用量为0.2％～5％，引发剂用量为0.1％～5％，合计重量为100％。
7.权利要求1～6任一项所述的方法制备的纸张表面处理用施胶剂。
8.根据权利要求7所述的纸张表面处理用施胶剂，其特征在于，产物pH＝2～6，固含量20％～40％，平均粒径20nm～50nm，阳离子度0.02～0.2。
9.根据权利要求7或8所述的纸张表面处理用施胶剂的应用，其特征在于，用于制备瓦楞纸、板纸或白卡纸的表面处理。
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