專利名稱：施膠劑乳液及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種施膠劑乳液，應用于紙張生產過程中的漿內施膠。
背景技術：
隨著中堿性造紙技術的發展，作為一種反應型中堿性施膠劑，具有施膠效率高、用量少等特點在造紙中得到廣泛的應用。傳統施膠劑乳液使用陽離子淀粉作為乳化劑和穩定齊U，但這種乳液在纖維上的留著率較低，與纖維的反應較慢，施膠熟化時間長。近年來，隨著涂布損紙、脫墨廢紙、高得率漿的使用，紙機白水循環封閉程度的提高以及其他造紙助劑的使用，使紙機濕部干擾性的陰離子雜質的聚集濃度越來越高，對紙機濕部操作的危害越來越大。為更好的解決陰離子雜質對施膠所帶來的問題，尤其是改善施膠劑中堿性施膠的效 果，應該采用電荷密度更高的聚合物來代替陽離子淀粉對陰離子雜質進行捕捉。纖維素是一種天然高分子，分子鏈上具有大量具有活性的羥基，能與一些活性物質反應得到接枝聚合物。中國專利CN200710150369. O公開了一種采用天然高分子接枝聚合的陽離子聚合物乳化施膠劑得到施膠劑乳液的方法，得到的施膠劑乳液施膠熟化速度較快，但對紙張表面強度增加不大。
發明內容
本發明的目的是提供一種施膠劑乳液及其制備方法，以克服已有技術的缺陷。本發明的施膠劑乳液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將陽離子聚合物和水的混合物，在70 75°C、攪拌速度為8000 10000rpm/min，下加入熔融的烷基烯酮二聚體(AKD蠟)，攪拌時間為10 15分鐘，然后在10 25Mpa條件下均質，即可獲得施膠劑乳液，重量固含量15 25wt%，25°C的粘度為5 30mPa. s，pH為2 4 ;組分的重量份為烷基烯酮二聚體(AKD蠟) 100份陽離子聚合物25 100份水270 600 份。所述的陽離子聚合物的制備方法，包括如下步驟(I)在60 70°C下，將高錳酸鉀水溶液加入纖維素水乳液，保溫I 3小時，用氫氧化鈉調整pH為10 13 ;高錳酸鉀水溶液的重量含量為20 40% ；纖維素水乳液的重量含量為20 40% ；(2)在70 90°C下，加入陽離子醚化劑，加入時間10 30分鐘，繼續在70 90°C保溫2 5小時，用硫酸中和至pH=3 5接著再滴加硅烷和引發劑溶液，滴加時間為5 15分鐘，70 90°C保溫O. 5 I小時，加入分散劑，70 90°C保溫O. 5 I小時，加入水稀
釋，調整固含量，降溫至20 25°C過濾，得到陽離子聚合物；
所述的陽尚子聚合物重量固含量為20 25wt%,重均分子量為10000 IOOOOOg/mo I ；引發劑溶液的重量含量為20 40% ;以重量份計，各個組分的用量為
纖維素100份
高錳酸鉀0.5 2份 陽離子醚化劑10 30份
硅烷0.5 5份
分散劑0.5 I份
引發劑0.3 3份
水290 620份。所述的陽離子醚化劑選自3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨或2，3-環氧丙基三甲基氯化銨中的至少一種；所述的硅烷選自乙烯基三異丙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙稀基二乙氧基娃燒中的至少一種；所述的纖維素為羥乙基纖維素或羧甲基纖維素；所述的分散劑選自亞甲基雙萘磺酸鈉或亞甲基雙甲萘磺酸鈉中的至少一種；所述的弓I發劑選自過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨中的至少一種。采用上述方法獲得的施膠劑乳液，主要應用于紙張的漿內施膠。本發明人發現，在纖維素上接枝陽離子醚化劑、調整合適的分子量所得的陽離子聚合物，能夠作為施膠劑乳化劑使用，能明顯改善施膠劑乳液的應用性能，這可能由于纖維素分子具有大量的活性羥基，能夠大量接枝陽離子醚化劑，在酸性條件下呈強陽離子性，應用于漿內施膠時能提高施膠劑與纖維的結合作用。本發明人發現，出乎意料，在體系中添加硅烷能改善施膠劑乳液的應用性能，這可能由于硅烷能與纖維素上的部分羥基反應，部分未水的輕基被封端，提聞施I父劑本身的疏水性，同時由娃燒封端的端基能與纖維的輕基反應，起交聯作用，改善紙張的疏水性，降低Cobb值提高紙張的表面強度。本發明的施膠劑乳液是一種能滿足造紙涂料用高性能、環保的產品。該產品在應用于紙張的漿內施膠，能明顯改善紙張的疏水性，降低Cobb值及提高表面強度。
具體實施例方式實施例中，所述AKD蠟的化學名稱為烷基烯酮二聚體，可采用上海東升新材料有限公司的產品；實施例I陽離子聚合物的合成
a)將0. 3g過硫酸鉀溶解于IOg去離子水溶解成引發劑水溶液，備用；0. 5g高錳酸鉀溶解于I. 17g去離子水溶解成高錳酸鉀水溶液；b)將IOOg羥乙基纖維素、300g去離子水加入IOOOml四口燒瓶中，溶解，升溫至60 0C ；c)在60°C情況下，將步驟a)高錳酸鉀水溶液加入四口燒瓶中，60°C保溫I小時；用3g氫氧化鈉調整ρΗ=10· 31。d)再升溫至70°C，將10g3_氯-2-羥丙基三甲基氯化銨迅速加入四口燒瓶中，70°C保溫2小時；用Ig硫酸溶液中和至pH=3. 05，接著再滴加O. 5g乙烯基三異丙氧基硅烷和弓I發劑溶液，滴加時間為5分鐘，70 V保溫O. 5小時，加入O. 5g亞甲基雙萘磺酸鈉，70 V保溫O. 5小時，加入33. 23g去離子水，降溫至25°C過濾，得到陽離子聚合物重量固含量為24. 89wt%,分子量為99910g/mol (使用美國Wyatt Technology Corp公司產的多角度動態激光光散射分子量測定儀測定)。
高性能施膠劑乳液的制備I)將IOOgAKD蠟(上海東升新材料有限公司)在70°C熔融，備用；2)將25g陽離子聚合物(實施例I方案制得)、583. 3g去離子水混合，在攪拌下升溫至75°C，提高攪拌速度到8000rpm/min，攪拌下加入熔融的施膠劑蠟液，攪拌時間為15分鐘。在75°C、25Mpa條件下均質一次。3)迅速降溫至25°C，100目篩網過濾出料。所得的施膠劑乳液，重量固含量14. 95wt%,粘度8. 9mPa. s (NDJ-1旋轉粘度計測定)，pH=3. 86 (使用PHS-3C精密pH計測得)。實施例2陽離子聚合物的合成a)將3g過硫酸鈉溶解于IOg去離子水溶解成引發劑水溶液，備用；2g高錳酸鉀溶解于8g去離子水溶解成高錳酸鉀水溶液；b)將IOOg羧甲基纖維素、400g去離子水加入IOOOml四口燒瓶中，溶解，升溫至70 0C ；c)在70°C情況下，將步驟a)高錳酸鉀水溶液加入四口燒瓶中，70°C保溫3小時；用IOg氫氧化鈉調整pH=12. 85。d)再升溫至90°C，將30g2，3_環氧丙基三甲基氯化銨迅速加入四口燒瓶中，90°C保溫5小時；用3g硫酸溶液中和至pH=4. 78,接著再滴加5g Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和引發劑溶液，滴加時間為15分鐘，90°C保溫I小時，加入Ig亞甲基雙甲萘磺酸鈉，90°C保溫I小時，加入189g去離子水，降溫至25°C過濾，得到陽離子聚合物重量固含量為20. 15wt%,分子量為9994g/mol (使用美國Wyatt Technology Corp公司產的多角度動態激光光散射分子量測定儀測定)。高性能施膠劑乳液的制備I)將IOOgAKD蠟(上海東升新材料有限公司)在70°C熔融，備用；2)將IOOg陽離子聚合物(實施例2方案制得)、280g去離子水混合，在攪拌下升溫至65°C,提高攪拌速度到10000rpm/min,攪拌下加入熔融的施膠劑臘液,攪拌時間為5分鐘。在65°C、IOMpa條件下均質一次。
3)迅速降溫至25°C，100目篩網過濾出料。所得的施膠劑乳液，重量固含量24. 90wt%,粘度28. 5mPa. s (NDJ-1旋轉粘度計測定)，pH=2. 09 (使用PHS-3C精密pH計測得)。實施例3陽離子聚合物的合成a)將2g過硫酸銨溶解于IOg去離子水溶解成引發劑水溶液，備用；Ig高錳酸鉀溶解于I. 5g去離子水溶解成高錳酸鉀水溶液；b)將IOOg羧甲基纖維素、150g去離子水加入IOOOml四口燒瓶中，溶解，升溫至65 0C ； c)在65°C情況下，將步驟a)高錳酸鉀水溶液加入四口燒瓶中，65°C保溫2小時；用6g氫氧化鈉調整ρΗ=11· 50。d)再升溫至80°C，將20g3_氯-2-羥丙基三甲基氯化銨迅速加入四口燒瓶中，80°C保溫3小時；用2g硫酸溶液中和至pH=4. 17，接著再滴加3g乙烯基三乙氧基硅烷和引發劑溶液，滴加時間為10分鐘，80 V保溫O. 8小時，加入O. 7g亞甲基雙甲萘磺酸鈉，80 V保溫O. 8小時，加入294. 3g去離子水，降溫至25°C過濾，得到陽離子聚合物重量固含量為22. 43wt%,分子量為49870g/mol (使用美國Wyatt Technology Corp公司產的多角度動態激光光散射分子量測定儀測定)。高性能施膠劑乳液的制備I)將IOOgAKD蠟(上海東升新材料有限公司)在70°C熔融，備用；2)將50g陽離子聚合物(實施例3方案制得)、406. 25g去離子水混合，在攪拌下升溫至70°C，提高攪拌速度到9000rpm/min，攪拌下加入熔融的施膠劑蠟液，攪拌時間為10分鐘。在70°C、18Mpa條件下均質一次。3)迅速降溫至25°C，100目篩網過濾出料。所得的施膠劑乳液，重量固含量19. 86wt%，粘度14. 5mPa. s (NDJ-1旋轉粘度計測定)，pH=2. 80 (使用PHS-3C精密pH計測得)。實施例4陽離子聚合物的合成a)將Ig過硫酸銨溶解于IOg去離子水溶解成引發劑水溶液，備用；1. 5g高錳酸鉀溶解于3. 5g去離子水溶解成高錳酸鉀水溶液；b)將IOOg羥乙基纖維素、300g去離子水加入IOOOml四口燒瓶中，溶解，升溫至63 0C ；c)在63°C情況下，將步驟a)高錳酸鉀水溶液加入四口燒瓶中，63°C保溫2. 5小時；用8g氫氧化鈉調整pH=12. 13。d)再升溫至85°C，將10g3_氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、15g2，3_環氧丙基三甲基氯化銨迅速加入四口燒瓶中，85°C保溫4小時；用2. 5g醋酸中和至pH=4. 36，接著再滴加2g乙烯基三乙氧基硅烷、2g乙烯基三異丙氧基硅烷和引發劑溶液，滴加時間為8分鐘，85°C保溫O. 6小時，加入O. 3g亞甲基雙甲萘磺酸鈉、O. 3g亞甲基雙甲萘磺酸鈉，85°C保溫O. 6小時，加入127. 65g去離子水，降溫至25°C過濾，得到陽離子聚合物重量固含量為23. 89wt%,分子量為67125g/mol (使用美國Wyatt Technology Corp公司產的多角度動態激光光散射分子量測定儀測定)。高性能施膠劑乳液的制備I)將IOOgAKD蠟(上海東升新材料有限公司)在70°C熔融，備用；2)將75g陽離子聚合物(實施例4方案制得)、480. 5g去離子水混合，在攪拌下升溫至72°C，提高攪拌速度到8500rpm/min，攪拌下加入熔融的施膠劑蠟液，攪拌時間為12分鐘。在72°C、22Mpa條件下均質一次。3)迅速降溫至25°C，100目篩網過濾出料。所得的施膠劑乳液，重量固含量18. 35wt%，粘度11. 5ImPa. s (NDJ-1旋轉粘度計測定)，ρΗ=3· 26 (使用PHS-3C精密pH計測得)。實施例5 對比例按CN200710150369. O的方法制備的施膠劑乳液用實施例I 4和對比例，按下述工藝進行應用實驗實驗條件漿料針葉漿(400SR):闊葉漿(400SR)=20 :80(干/干)實驗室打漿打漿度40.OOSR 濕重3· 6gAKD 添加量1. 0%。、I. 3%。、I. 6%。、I. 9%。(干 / 干紙)工藝方案設計抄造定量50g/m2工藝衆100%+施膠劑乳液按上述工藝，稱取漿料，加入施膠劑乳液攪拌，取下配好的漿料，用73-62半自動紙頁成型器抄片，用73-50標準紙頁壓榨機壓榨后，自然風干，然后檢測紙樣在105°C烘箱熟化 I. 5min 和 3min 后的 Imin Cobb 值。A)判定標準=Cobb值越低效果越好； B)將上述紙樣采用IGT印刷適性儀(日本KRK)進行檢測判定標準表面強度越大表明乳液效果越好手抄片紙樣Cobb值指標及表面強度(溫/濕度10°C /37%)
權利要求
1.施膠劑乳液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將陽離子聚合物和水的混合物，在70 75°C、攪拌速度為8000 10000rpm/min，下加入熔融的烷基烯酮二聚體，攪拌，然后在10 25Mpa條件下均質，即可獲得所述施膠劑乳液。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，組分的重量份為 烷基烯酮二聚體 100份 陽離子聚合物 25 100份 水270 600份。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述的陽離子聚合物的制備方法，包括如下步驟 (1)在60 70°C下，將高錳酸鉀水溶液加入纖維素水乳液，保溫I 3小時，用氫氧化鈉調整pH為10 13 ; (2)在70 90°C下，加入陽離子醚化劑，加入時間10 30分鐘，繼續在70 90°C保溫2 5小時，用硫酸中和至pH=3 5接著再滴加硅烷和引發劑溶液，滴加時間為5 15分鐘，70 90 V保溫O. 5 I小時，加入分散劑，70 90 V保溫O. 5 I小時，加入水稀釋，調整固含量，降溫至20 25°C過濾，得到陽離子聚合物。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，高錳酸鉀水溶液的重量含量為20 40%；纖維素水乳液的重量含量為20 40% ;引發劑溶液的重量含量為20 40%。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，以重量份計，各個組分的用量為纖維素100份高錳酸鉀0.5 2 U陽離子醚化劑10 30份桂焼0.5 5份分散劑0.5 I份引發劑0.3 3份水290 620份。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的陽離子醚化劑選自3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨或2，3-環氧丙基三甲基氯化銨中的至少一種； 所述的硅烷選自乙烯基三異丙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或乙稀基二乙氧基娃燒中的至少一種； 所述的纖維素為羥乙基纖維素或羧甲基纖維素； 所述的分散劑選自亞甲基雙萘磺酸鈉或亞甲基雙甲萘磺酸鈉中的至少一種； 所述的弓I發劑選自過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨中的至少一種。
7.根據權利要求I 6任一項所述方法制備的施膠劑乳液。
全文摘要
本發明提供了一種施膠劑乳液及其制備方法，制備方法包括如下步驟將陽離子聚合物和水的混合物，在70～75℃、攪拌速度為8000～10000rpm/min，下加入熔融的烷基烯酮二聚體，攪拌，然后在10～25MPa條件下均質，即可獲得所述施膠劑乳液。本發明的施膠劑乳液是一種能滿足造紙涂料用高性能、環保的產品。該產品在應用于紙張的漿內施膠，能明顯改善紙張的疏水性，降低Cobb值及提高表面強度。
文檔編號D21H21/16GK102864686SQ2012103781
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者施曉旦, 尹東華, 王養臣 申請人:上海東升新材料有限公司