CN102382263B

CN102382263B - 一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液、制备方法及其应用

Info

Publication number: CN102382263B
Application number: CN 201110237668
Authority: CN
Inventors: 王元宾
Original assignee: WEIFANG DONGKE ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: WEIFANG DONGKE ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-08-18
Also published as: CN102382263A

Abstract

本发明公开了一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液、制备方法及其应用，所述乳液采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，与淀粉接枝聚合而成：以水作为溶剂，加入淀粉，以及上述共聚单体用量的30～40wt%，共聚单体与淀粉在溶剂中的含量为20～50wt%，淀粉为共聚单体及淀粉总量的20～60wt%，采用过氧化物或H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在75～95℃时进行接枝共聚，将剩余60～70wt%的共聚单体在2～3小时内滴加完毕，在75～85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。本发明可在造纸中用作纸张表面施胶剂或者直接加入纸浆中用作纸浆施胶补强剂。

Description

一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及造纸技术领域的施胶剂，尤其涉及一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液、制备方法及其应用。

背景技术

施胶是造纸工业中很重要的一个环节，施胶好坏直接关系到成纸的质量，而施胶的发展和施胶剂的发展是密不可分的。近年来，中性施胶剂以其对设备腐蚀小、污水排放量小而且纸张强度高日益代替了传统的酸性施胶剂。

在中性施胶剂中，由于合成聚合物施胶剂性能远远优于淀粉及其改性物、PVA等传统施胶剂，因而得到越来越多的重视，利用淀粉接枝丙烯酸酯技术在制备乳液型造纸表面施胶剂成为未来的主要发展方向。淀粉来源广泛、价格低廉，是一种可降解的绿色天然高分子化合物，由其制成的施胶剂应用于造纸具有很好的成膜性、黏度和挺性，并且可以提高纸张的干湿强度、环压强度和耐水性。

随着中碱性施胶造纸的改革，作为代表性的中碱性施胶剂主要为AKD和ASA，但AKD常温不易水解，保存稳定性差，易于霉变，容易失效，且施胶的施胶度较难控制，在高速纸机远行状态下还易产生湿低断头现象，污染纸机；而ASA则会在水解过程中生成油状液体水解物——二元酸黏状沉淀物，对施胶度产生负面影响，对抄纸过程造成不良影响。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种与纸浆、纤维结合力强、稳定性好、能明显提高纸张强度和挺度的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种与纸浆、纤维结合力强、稳定性好、能明显提高纸张强度和挺度的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种与纸浆、纤维结合力强、稳定性好、能明显提高纸张强度和挺度的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液，采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，与淀粉接枝聚合而成的共聚物乳液。

作为一种优选，所述淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，与淀粉接枝聚合而成的共聚物乳液。

优选的，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的3～60wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的3～30wt%，所述醋酸乙烯酯占所述共聚单体的10～30wt%。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的3～60wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的3～30wt%，与淀粉采用以下步骤接枝聚合而成：

以水作为溶剂，加入淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的30～40wt%，所述共聚单体与淀粉在溶剂中的含量为20～50wt%，所述淀粉为共聚单体及淀粉总量的20～60wt%，采用过氧化物或H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在75～95℃时进行接枝共聚，将剩余60～70wt%的共聚单体在2～3小时内滴加完毕，然后在75～85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

其中，所述引发剂用量为共聚单体与淀粉总量的1～2wt%。

优选的，所述过氧化物引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

作为一种改进，所述淀粉先在70～85℃糊化30～40分钟后，再与所述共聚单体进行共聚反应。

作为一种优选，采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的3～60wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的3～30wt%，所述醋酸乙烯酯占所述共聚单体的10～30wt%，与淀粉采用以下步骤接枝聚合而成：

以水作为溶剂，加入淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的30～40wt%，所述共聚单体与淀粉在溶剂中的含量为20～50wt%，所述淀粉为共聚单体及淀粉总量的20～60wt%，采用过氧化物或H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在75～95℃时进行接枝共聚，将剩余60～70wt%的共聚单体在2～3小时内滴加完毕，然后在75～85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

共聚单体苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵，可以根据需要的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的性能调整各单体的加入比例，其中丙烯酸丁酯和丙烯酸异辛酯可以同时加入，也可以加入其中一种。

为解决上述第三个技术问题，本发明的技术方案是：

淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的应用，第一种应用是在造纸中用作纸张表面施胶剂。

淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的应用，第二种应用是在造纸中直接加入纸浆中用作纸浆施胶补强剂，所述施胶补强剂在纸浆中的用量为淀粉糊的1～3wt%。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液采用苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，与淀粉接枝聚合制得，由于引入了淀粉，不仅与纸张生产过程中所用的淀粉和纤维都有较强的亲和力和结合力，而且粘度适中，易溶于水，在水中的水解稳定性好，安全无毒，而且降低了生产成本。

本发明制备时不使用乳化剂，采用无皂技术，可以得到表面洁净，单一分散的乳液，同时避免了小分子乳化剂的残余对纸张性能带来的影响。

本发明用做纸浆施胶补强剂，兼有助滤、助留作用，加入纸浆中后，能够通过静电引力和高分子缠绕作用与纸浆中的纤维和填料进行高效而牢固的结合，助留性强，减少抄纸过程中细小纤维和填料的流失；本发明还可增强纤维素的键合力，能明显提高纸张的抗涨、耐破、耐折性能，提高纸板类等对强度有特殊要求的纸张的环压强度或挺度，具有湿、干皆备的纸张补强作用，使用本发明作为施胶补强剂，纸张的断裂长度可提高10～24％，耐破度可提高20～60％，耐破指数可提高20～35％。

本发明用做纸张表面施胶剂，由于淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液与纤维的亲和力和结合力强，纸张的施胶度明显提高。本发明可应用于酸性、碱性和中性抄纸工艺，能显著改善纸张的印刷性能，施胶后纸张粘水不变形，没有污染，减少设备腐蚀，延长纸机寿命。

本发明使用简单，使用效果好，绿色环保，具有较高的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例 1

采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体和淀粉作为原料，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的10wt%、30wt%和40wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的5wt%，将淀粉先在75℃糊化40分钟，所述淀粉为共聚单体和淀粉总量的20wt%，以水作为溶剂，首先加入所有糊化过的淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的30wt%，所述共聚单体与淀粉在水中的含量为50wt%，加入共聚单体与淀粉总量的1wt%的过硫酸钾为引发剂，在95℃时进行接枝共聚，将剩余70wt%的共聚单体在3小时内滴加完毕，然后在85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

实施例 2

采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体和淀粉作为原料，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯分别占所述共聚单体的40wt%和5wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的20wt%，将淀粉先在80℃糊化35分钟，所述淀粉为共聚单体和淀粉总量的35wt%，以水作为溶剂，首先加入所有糊化过的淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的35wt%，所述共聚单体与淀粉在水中的含量为40wt%，加入共聚单体与淀粉总量的1.5wt%的过硫酸铵为引发剂，在90℃时进行接枝共聚，将剩余65wt%的共聚单体在3小时内滴加完毕，然后在80℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

实施例 3

采用苯乙烯、丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体和淀粉作为原料，所述苯乙烯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的30wt%和20wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的25wt%，将淀粉先在85℃糊化30分钟，所述淀粉为共聚单体和淀粉总量的50wt%，以水作为溶剂，首先加入所有糊化过的淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸异辛酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的40wt%，所述共聚单体与淀粉在水中的含量为30wt%，加入共聚单体与淀粉总量的2wt%的H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在80℃时进行接枝共聚，将剩余60wt%的共聚单体在2.5小时内滴加完毕，然后在75℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

实施例 4

采用苯乙烯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体和淀粉作为原料，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯分别占所述共聚单体的20wt%和40wt%，所述甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的30wt%，所述醋酸乙烯酯占所述共聚单体的20wt%，将淀粉先在80℃糊化35分钟，所述淀粉为共聚单体和淀粉总量的40wt%，以水作为溶剂，首先加入所有糊化过的淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯、甲基丙稀酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的35wt%，所述共聚单体与淀粉在水中的含量为40wt%，加入共聚单体与淀粉总量的1.5wt%的过硫酸钾为引发剂，在85℃时进行接枝共聚，将剩余65wt%的共聚单体在2小时内滴加完毕，然后在80℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

实施例 5

实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中表面施胶时，用作表面施胶剂。

实施例 6

实施例1、实施例2制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中直接加入纸浆中用作纸浆施胶补强剂，所述施胶补强剂在纸浆中的用量为淀粉糊的1.5wt%。

实施例 7

实施例3、实施例4制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中直接加入纸浆中用作纸浆施胶补强剂，所述施胶补强剂在纸浆中的用量为淀粉糊的3wt%。

Claims

1.一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，其特征在于采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的3～60wt%，所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的3～30wt%，与淀粉采用以下步骤接枝聚合而成：

以水作为溶剂，加入淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的30～40wt%，所述共聚单体与淀粉在溶剂中的含量为20～50wt%，所述淀粉为共聚单体及淀粉总量的20～60wt%，采用过氧化物或H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在75～95℃时进行接枝共聚，将剩余60～70wt%的共聚单体在2～3小时内滴加完毕，然后在75～85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

2.如权利要求1所述的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，其特征在于：所述引发剂用量为共聚单体与淀粉总量的1～2wt%。

3.如权利要求1所述的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，其特征在于：所述过氧化物引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

4.如权利要求1所述的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，其特征在于：所述淀粉先在70～85℃糊化30～40分钟后，再与所述共聚单体进行共聚反应。

5.如权利要求1至4所述的任一种淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法，其特征在于采用包括苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵的共聚单体，所述苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯分别占所述共聚单体的3～60wt%，所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵占所述共聚单体的3～30wt%，所述醋酸乙烯酯占所述共聚单体的10～30wt%，与淀粉采用以下步骤接枝聚合而成：

以水作为溶剂，加入淀粉，以及苯乙烯、丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵共聚单体用量的30～40wt%，所述共聚单体与淀粉在溶剂中的含量为20～50wt%，所述淀粉为共聚单体及淀粉总量的20～60wt%，采用过氧化物或H₂O₂-Fe²⁺体系为引发剂，在75～95℃时进行接枝共聚，将剩余60～70wt%的共聚单体在2～3小时内滴加完毕，然后在75～85℃保温1小时以上，得到淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液。

6.如权利要求1或2所述的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的应用，其特征在于：所述权利要求1制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中用作纸张表面施胶剂。

7.如权利要求1所述的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的制备方法制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液的应用，其特征在于：所述权利要求1制备的淀粉接枝丙烯酸酯共聚物乳液在造纸中用作纸浆施胶补强剂，所述施胶补强剂在纸浆中的用量为淀粉糊的1～3wt%。