CN101649583A - 一种阳离子表面施胶剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种阳离子表面施胶剂及其制备方法,原料成分和重量百分比含量为:苯乙烯8~17%、丙烯酸丁酯5~15%、丙烯酰胺0.5~5%、N-羟甲基丙烯酰胺0.5~5%、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵1~5%、淀粉2~8%、淀粉酶0.001~0.003%、有机酸0.2~0.7%、乳化剂0.2~0.8%、27%双氧水1~5%、氯化亚铁0.01~0.05%以及余量的水,通过淀粉糊化、单体预乳化、乳液聚合步骤制备而成,本发明用于纸张的表面施胶,达到提高纸张的抗水性、改善纸张的环压强度、表面强度等物理性能的目的。
Description
技术领域
本发明属于造纸助剂领域,具体涉及一种阳离子表面施胶剂及其制备方法。
背景技术
表面施胶与内施胶相比,表面施胶的施胶剂留着率接近100%,使用效率高,施胶成本相对较低,还能够减少网和毛布的沾污,提高网毯寿命,提高产量和纸机运行稳定性,减少了设备腐蚀性和停机更换备件及刷洗检修时间。通过表面施胶,胶覆盖在纸页表面并渗透和填充在纤维之间的空隙中,可使纸的表面平滑细腻。而且胶膜可增加纸的表面强度,减少印刷过程中掉毛、掉粉等糊版的现象。可以控制油墨渗透性,提高印刷光泽度和减少“透印”现象,使印迹清晰、鲜艳。能够提高纸的伸长率、耐折度、耐破度、抗水性。
传统的表面施胶剂主要有动物胶、淀粉、石蜡胶、植物胶,后来又发展到使用PVA、CMC、PAM等。传统的表面施胶剂一般存在粘度高,胶液使用中易凝胶、老化或分离沉淀,易腐败,成膜效果差或膜易溶解,抗水性不足等缺点。为了克服上述表面施胶剂的缺点和进一步提高表面施胶效果,七、八十年代国外又陆续开发使用了AKD、藻朊酸钠、脱乙酰甲壳素、改性瓜尔胶、聚氨酯、三聚氰胺甲醛树脂等改性天然胶料和合成胶料,但也具有各种各样的局限性和易水解、成本高等缺点。目前主要以合成表面施胶剂为主:SAA、SMA、SAE,尤其是SAE对纸张表面性能的提高更为明显,水性聚合的SAE相对于油性聚合的SAA、SMA更环保。
美国专利US4835212描述基于(a)20~65%丙烯腈,(b)35~80%含有1个或多个羟基、3~8个饱含碳原子的丙烯酸酯/盐,(c)0~10%不饱和单体。在2.7~15%的降解淀粉的溶液里,用过氧化氢为引发剂进行乳液聚合,得一种水溶性表面施胶剂。但因淀粉降解程度影响接枝效果,产品的施胶效果不理想。
美国专利US6426381描述基于由自由基乳液聚合得到的水溶性聚合物,这些不饱和单体包含至少:a、30~60%苯乙烯,b、60~30%C1~C4的烷基(甲基)丙烯酸酯,c、0~10%其它可聚合的不饱单体,d、10~40%分子量为500~10000的降解淀粉,e、键合水溶性氧化还原体系作为自由基乳液聚合的引发剂。
日本专利JP 58/115196描述基于苯乙烯/丙烯酸酯共聚物,接枝在水溶性高分子量多羟基化合物包括淀粉,作为纸张加强剂具有施胶效果。这些接枝共聚物可以由苯乙烯和丙烯酸酯共聚得到,如丙烯酸正丁酯和前面所说水溶性淀粉形成水溶性分散剂。如过程中所描述,淀粉在高分子量形式下使用,在聚合前不用进一步降级。引发剂有过硫酸钾、过硫酸铵或者偶氮二异丁腈,二氢氯化物。但粗分子分散剂具有低的接枝效果,这种分散剂可以用于增强强度,但施胶效果不理想。
美国专利US4806591描述基于通过化学制备方法制备水溶性三元共聚化合物得到:a)、7~40%丙烯酸(N,N)二甲基氨基乙酯或者甲基丙烯酸(N,N)二甲基氨基乙酯,b)、40~80%苯乙烯,c)、4~50%丙烯腈,组分(a)到(c)的总和总为100%,三元共聚物中至少10%的二甲基氨基团被单环氧化物季铵化,除(表)卤醇外,残余物是质子化的,被溶入水介质中,在乳化剂(乳化器)中,基于10~70%以下的单体混合物。(d)、5~95%丙烯腈,甲基丙烯腈或者苯乙烯或者它们的混合物。(e)、5~95%具有1~12个碳原子的醇基的丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯,组分(d)和(e)的总量为100%,然后被乳化,在20~150℃条件下,由自由基引发,乳状液就可以进行乳液聚合。此方法在有机溶剂中进行,生产过程复杂且不环保。
发明内容
本发明提供了一种阳离子表面施胶剂及其制备方法,可以提高纸张的抗水性能、耐折度、耐破度和纸张印刷性能,且具有储存稳定性高、发泡性低、良好的机械稳定性等特点。
为了达到上述目的,通过下述方案实现:
一种阳离子表面施胶剂,由下列重量百分比的原料组成:
苯乙烯 8~17%
丙烯酸丁酯 5~15%
丙烯酰胺 0.5~5%
N-羟甲基丙烯酰胺 0.5~5%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 1~5%
淀粉 2~8%
淀粉酶 0.001~0.003%
有机酸 0.2~0.7%
乳化剂 0.2~0.8%
27%双氧水 1~5%
氯化亚铁 0.01~0.05%
水 余量
一种阳离子表面施胶剂,更适宜的原料配方和重量百分比如下:
苯乙烯 12~16%
丙烯酸丁酯 8~12%
丙烯酰胺 1~3%
N-羟甲基丙烯酰胺 1~3%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 1~3%
淀粉 4~7%
淀粉酶 0.001~0.002%
有机酸 0.3~0.5%
乳化剂 0.2~0.4%
27%双氧水 1~3%
氯化亚铁 0.02~0.05%
水 余量
所述的变性淀粉为阳离子变性淀粉,取代度在0.02~0.07。
所述的淀粉酶为中温α-液化型淀粉酶。
所述的有机酸包括甲酸、乙酸、草酸的一种或者多种。
所述的乳化剂为阳离子乳化剂,包括十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基氧化胺的一种或者多种。
所述的水为去离子水。
一种阳离子表面施胶剂的制备方法,包括以下步骤:
A、淀粉糊化:将一定量的水、变性淀粉分散在反应釜中,缓慢升温到70~90℃保温,加入淀粉酶溶液、有机酸,继续保温;
B、预乳化:将乳化剂溶解在水里,搅拌下加入单体物质:苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,得到预乳化单体混合物即预乳化液;
C、乳液聚合:先向已盛有淀粉的反应釜中加入双氧水溶液的35~65%和全部氯化亚铁溶液,升温至70~90分钟,保温5~20分钟后同时滴加剩余双氧水和预乳化液,共滴加1~3小时,滴加完毕后升温到90~95℃保温1~3小时,降至室温出料,得到浅黄色至浅棕红色的阳离子表面施胶剂乳液。
所述的产品阳离子表面施胶剂乳液中含有阳离子单体基团,其中阳离子单体包括甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺乙酯的一种或者几种。
所述的产品阳离子表面施胶剂乳液中含有交联单体基团,其中所述的交联单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的一种或者几种。
与现有表面施胶剂的技术对比,本发明具有下列的优点和效果:
1、本发明与其它国内外用有机溶剂做聚合介质的表面施胶剂相比,用水做聚合介质,生产成本低,安全环保。
2、聚合物与淀粉羟基、羧基,聚合物与纤维之间的交联,使表面胶在干燥中形成一个连续完整的、与纸页纤维有牢固结合的膜层,有效阻止水的渗透和提高纸面的强度。
3、聚合物中接枝了阳离子单体和阳离子淀粉,使聚合物带阳电荷,在施胶的过程中,更好的与负电荷的纤维结合。
4、在聚合的过程中,淀粉与单体进行接枝聚合,使共聚物含有大量羟基,且一定分子量的淀粉能控制乳胶粒的,使乳胶粒保持在50~150nm之间,均一、稳定。
5、接枝在聚合物上的淀粉本身就有胶体保护作用,防止聚合物相互发生粘结,本发明中还加入一定量的阳离子乳化剂,既增强了表面施胶剂的阳离子性,更重要的是在体系中形成胶束,使乳液粒径更小,且赋予表明施胶剂优越的储存稳定性。
6、本发明聚合物中含有一定量的交联剂,使用于表面施胶时,与纤维发生交联,提高纸张的表面强度,减少掉毛、掉粉,提高纸张的施胶度、平滑度及印刷适应性等等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,但本发明不仅限于此实例:
实施例一
第一步:淀粉糊化
称取阳离子变性淀粉22g,去离子水150g,加入反应釜中,搅拌均匀后缓慢升温到75℃,保温20分钟,然后加入淀粉酶溶液0.008g,甲酸1.5g,继续保温;
第二步:预乳化
称取1g十二烷基二甲基氧化胺溶解在53g去离子水中,搅拌下加入54g苯乙烯、34g丙烯酸丁酯、6g丙烯酰胺、6gN-羟甲基丙烯酰胺、5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,然后预乳化40分钟,得到预乳化单体混合物即预乳化液;
第三步:乳液聚合
称取10g27%双氧水溶解在60g去离子水中,0.1g氯化亚铁溶解在2g去离子水中;先向已盛有淀粉的反应釜中,在其加入甲酸保温10分钟后加入2.1g氯化亚铁溶液和30g双氧水溶液,开始通氮气去除空气,升温至80℃,保温15分钟后同时滴加剩余双氧水溶液40g和预乳化液,共滴加1~3小时,滴加完毕后升温到90℃,保温1小时,降至室温出料,得到浅黄色至浅棕红色的阳离子表面施胶剂乳液。
实施例二
第一步:淀粉糊化
称取阳离子变性淀粉26g,去离子水150g,加入反应釜中,搅拌均匀后缓慢升温到80℃,保温15分钟,然后加入淀粉酶溶液0.006g,乙酸2g,继续保温;
第二步:预乳化
称取1.5g十二烷基二甲基氧化胺溶解在45g去离子水中,搅拌下加入58g苯乙烯、40g丙烯酸丁酯、5g丙烯酰胺、5g N-羟甲基丙烯酰胺、5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,然后预乳化40分钟,得到预乳化单体混合物即预乳化液;
第三步:乳液聚合
称取7g27%双氧水溶解在55g去离子水中,0.15g氯化亚铁溶解在2g去离子水中;先向已盛有淀粉的反应釜中,在其加入甲酸保温10分钟后加入2.15g氯化亚铁溶液和35g双氧水溶液,开始通氮气去除空气,升温至85℃,保温15分钟后同时滴加剩余双氧水溶液27g和预乳化液,共滴加1~3小时,滴加完毕后升温到90℃,保温2小时,降至室温出料,得到浅黄色至浅棕红色的阳离子表面施胶剂乳液。
实施例三
第一步:淀粉糊化
称取阳离子变性淀粉18g,去离子水150g,加入反应釜中,搅拌均匀后缓慢升温到85℃,保温20分钟,然后加入淀粉酶溶液0.007g,甲酸1.8g,继续保温;
第二步:预乳化
称取1.2g十二烷基二甲基氧化胺溶解在45g去离子水中,搅拌下加入61g苯乙烯、37g丙烯酸丁酯、8g丙烯酰胺、8g N-羟甲基丙烯酰胺、5g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,然后预乳化40分钟,得到预乳化单体混合物即预乳化液;
第三步:乳液聚合
称取7g27%双氧水溶解在55g去离子水中,0.15g氯化亚铁溶解在2g去离子水中;先向已盛有淀粉的反应釜中,在其加入甲酸保温10分钟后加入2.15g氯化亚铁溶液和36g双氧水溶液,开始通氮气去除空气,升温至80℃,保温15分钟后同时滴加剩余双氧水溶液26g和预乳化液,共滴加1~3小时,滴加完毕后升温到85℃,保温3小时,降至室温出料,得到浅黄色至浅棕红色的阳离子表面施胶剂乳液。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1、一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:由下列重量百分比的原料组成:
苯乙烯 8~17%
丙烯酸丁酯 5~15%
丙烯酰胺 0.5~5%
N-羟甲基丙烯酰胺 0.5~5%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 1~5%
淀粉 2~8%
淀粉酶 0.001~0.003%
有机酸 0.2~0.7%
乳化剂 0.2~0.8%
27%双氧水 1~5%
氯化亚铁 0.01~0.05%
水 余量。
2、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:由下列重量百分比的原料组成:
苯乙烯 12~16%
丙烯酸丁酯 8~12%
丙烯酰胺 1~3%
N-羟甲基丙烯酰胺 1~3%
甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 1~3%
淀粉 4~7%
淀粉酶 0.001~0.002%
有机酸 0.3~0.5%
乳化剂 0.2~0.4%
27%双氧水 1~3%
氯化亚铁 0.02~0.05%
水 余量。
3、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的变性淀粉为阳离子变性淀粉,取代度在0.02~0.07。
4、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的淀粉酶为中温α-液化型淀粉酶。
5、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的有机酸包括甲酸、乙酸、草酸的一种或者多种。
6、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的乳化剂为阳离子乳化剂,包括十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基氧化胺的一种或者多种。
7、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的水为去离子水。
8、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征为:所述的阳离子表面施胶剂中含有阳离子单体基团,其中阳离子单体包括甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲胺乙酯的一种或者几种。
9、根据权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂,其特征在于:所述的阳离子表面施胶剂中含有交联单体基团,其中所述的交联单体包括丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺的一种或者几种。
10、权利要求1所述的一种阳离子表面施胶剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、淀粉糊化:将一定量的水、变性淀粉分散在反应釜中,缓慢升温到70~90℃保温,加入淀粉酶溶液、有机酸,继续保温;
B、预乳化:将乳化剂溶解在水里,搅拌下加入单体物质:苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵,得到预乳化单体混合物即预乳化液;
C、乳液聚合:先向已盛有淀粉的反应釜中加入双氧水溶液的35~65%和全部氯化亚铁溶液,升温至70~90℃,保温5~20分钟后同时滴加剩余双氧水和预乳化液,共滴加1~3小时,滴加完毕后升温到90~95℃保温1~3小时,降至室温出料,得到浅黄色至浅棕红色的阳离子表面施胶剂乳液。
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