CN103410050A - 表面施胶剂乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面施胶剂乳液的制备方法，包括将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25Mpa条件下均质，降温后加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子单体、（甲基）丙烯酸酯类单体、（甲基）苯乙烯共聚而成的水分散体，以明胶为分散剂，阳离子与非离子复合的表面活性剂为乳化剂，2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐为引发剂，使上述混合单体进行自由基乳液聚合制得；各个组分的重量分数如下：AKD蜡80～90份、石蜡10～20份、阳离子聚合物25～100份、乙二醛1～5份、水270～610份；其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。本发明的表面施胶剂乳液能明显改善纸张的疏水性并提高纸张的表面强度。

Description

表面施胶剂乳液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种表面施胶剂乳液，应用于纸张生产过程中的表面施胶。

背景技术

随着中碱性造纸技术的发展，作为一种反应型的中碱性施胶剂，具有施胶效率高、用量少等特点在造纸中得到广泛的应用。传统施胶剂乳液使用阳离子淀粉作为乳化剂和稳定剂，但这种乳液在纤维上的留着率较低，与纤维的反应较慢，施胶熟化时间长。近年来，随着涂布损纸、脱墨废纸、高得率浆的使用，纸机白水循环封闭程度的提高以及其他造纸助剂的使用，使纸机湿部干扰性的阴离子杂质的聚集浓度越来越高，对纸机湿部操作的危害越来越大。为更好的解决阴离子杂质对施胶所带来的问题，尤其是改善施胶剂中碱性施胶的效果，应该采用电荷密度更高的聚合物来代替阳离子淀粉对阴离子杂质进行捕捉。

中国专利CN200710150369.0公开了一种采用天然高分子接枝聚合的阳离子聚合物乳化施胶剂得到施胶剂乳液的方法，得到的施胶剂乳液施胶熟化速度较快，但对纸张表面强度增加不大。

发明内容

本发明的目的是提出一种表面施胶剂乳液的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

所述表面施胶剂乳液的制备方法，包括如下步骤：

将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25Mpa条件下均质，降温至40℃以下加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子单体、（甲基）丙烯酸酯类单体、（甲基）苯乙烯共聚而成的水分散体，该制备方法，以明胶为分散剂，以阳离子与非离子复合的表面活性剂为乳化剂，以2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐为引发剂，使用上述混合单体进行自由基乳液聚合制得。

各个组分的重量分数如下：

其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。

所述阳离子聚合物的制备方法，包括如下步骤：

a)将（甲基）丙烯酸酯、（甲基）苯乙烯和阳离子单体混合制成混合单体，备用。

b)将乳化剂和10份水混合，完全溶解，备用。

c)将2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10份水混合，完全溶解，备用。

d)将明胶和130～510份水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在60℃～95℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在60℃～95℃条件下滴加a)步骤混合单体1～3小时。

e)60～95℃保温1～2小时。降温至25℃,过滤。所得的阳离子聚合物重量固含量为20～40%，平均粒径为30～100nm，pH=2～6。

其中各个组分的重量份数如下：

（甲基）苯乙烯                       20～50份、

（甲基）丙烯酸酯                     30～70份、

阳离子单体                            5～20份、

以上单体配成混合单体，共100份；

所述明胶重均分子量为5000～50000g/mol；

所述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、二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；

所述（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、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种。

所述乳化剂为阳离子与非离子复合的表面活性剂，选自C12～18烷基聚氧乙烯（n）三甲基氯化铵（n=5～20）中的至少一种。

所述的施胶剂乳液，主要应用于纸张的表面施胶。

所述表面施胶剂乳液，重量固含量15～25%，25℃粘度完为5～30mPa.s，pH为2～4。

本发明人发现，采用高电荷的阳离子聚合物作为表面施胶剂的乳化剂使用能够改善纸张的表面强度和Cobb值，这可能由于阳离子电荷容易与纤维和淀粉中的阴离子成分结合而改善，同时与采用淀粉改性物作为乳化剂相比疏水性有所提高。在最后的乳液中添加少量的乙二醛能对施胶剂的应用性能有比较明显的提高，这可能由于乙二醛具有2个活性基团，改善淀粉施胶液涂膜强度、加强与纤维的结合力，从而降低纸张的Cobb值，改善纸张的表面强度。

本发明的表面施胶剂乳液是一种能满足造纸涂料用高性能、环保的产品。该产品在应用于纸张的表面施胶，能明显改善纸张的疏水性，降低Cobb值及提高纸张的表面强度。

具体实施方式

实施例中，所述AKD蜡的化学名称为烷基烯酮二聚体；

实施例1

阳离子聚合物的合成：

a)将丙烯酸正丁酯70克、苯乙烯20克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵10克混合制成混合单体，备用。

b)将0.2克十八烷基聚氧乙烯（5）三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

c)将0.2克2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

d)将10克分子量为5000g/mol的明胶和145.75克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在95℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在95℃条件下滴加a)步骤混合单体1小时。

e)95℃保温1小时。降温至25℃,100目筛网过滤。得到阳离子聚合物，重量固含量39.4%，pH=5.92，平均粒径97.5nm（使用Malven粒径仪测得）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将80gAKD蜡、20g石蜡（56#全精炼石蜡）在70℃熔融，备用；

2）将25g阳离子聚合物（实施例1方案制得）、608.3g去离子水混合，在搅拌下升温至75℃，提高搅拌速度到8000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为15分钟。在75℃、25Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入1g乙二醛，搅拌10分钟后用100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量15.04wt%，粘度9mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=4.02（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例2

阳离子聚合物的合成：

a)将丙烯酸异辛酯30克、甲基苯乙烯50克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯氯化苄季铵20克混合制成混合单体，备用。

b)将5克十二烷基聚氧乙烯（20）三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

c)将2克2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

d)将25克分子量为50000g/mol的明胶和532克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在60℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在60℃条件下滴加a)步骤混合单体3小时。

e)60℃保温2小时。降温至25℃,100目筛网过滤。得到阳离子聚合物，重量固含量20.2%，pH=2.43，平均粒径30.5nm（使用Malven粒径仪测得）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将90gAKD蜡、10g石蜡（60#全精炼石蜡）在75℃熔融，备用；

2）将100g阳离子聚合物（实施例2方案制得）、280g去离子水混合，在搅拌下升温至65℃，提高搅拌速度到10000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为5分钟。在65℃、10Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入5g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量25.00wt%，粘度29.3mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=2.08（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例3

阳离子聚合物的合成：

a)将丙烯酸乙酯30克、甲基丙烯酸甲酯30克、苯乙烯35克和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯一氯甲烷季铵5克混合制成混合单体，备用。

b)将3克十六烷基聚氧乙烯（10）三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

c)将1克2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

d)将18克分子量为20000g/mol的明胶和274.5克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在80℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在80℃条件下滴加a)步骤混合单体2小时。

e)80℃保温1.5小时。降温至25℃,100目筛网过滤。得到阳离子聚合物，重量固含量30.2%，pH=4.05，平均粒径70.2nm（使用Malven粒径仪测得）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将85gAKD蜡、15g石蜡（58#全精炼石蜡）在72℃熔融，，备用；

2）将50g阳离子聚合物（实施例3方案制得）、422g去离子水混合，在搅拌下升温至70℃，提高搅拌速度到9000rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为10分钟。在70℃、18Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入3g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量20.06wt%，粘度15.1mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=2.83（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例4

阳离子聚合物的合成：

a)将丙烯酸-2-羟丙酯10克、丙烯酸甲酯30克、苯乙烯45克和二烯丙基二甲基氯化铵15克混合制成混合单体，备用。

b)将1克十四烷基聚氧乙烯（8）三甲基氯化铵和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

c)将1.5克2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10克去离子水混合，完全溶解，备用。

d)将20克分子量为10000g/mol的明胶和199克去离子水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在70℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在70℃条件下滴加a)步骤混合单体2.5小时。

e)70℃保温1.2小时。降温至25℃,100目筛网过滤。得到阳离子胶乳，重量固含量34.5%，pH=3.32，平均粒径80.8nm（使用Malven粒径仪测得）。

表面施胶剂乳液的制备：

1）将82gAKD蜡、18g石蜡（54#全精炼石蜡）在73℃熔融，备用；

2）将75g阳离子聚合物（实施例4方案制得）、524.4g去离子水混合，在搅拌下升温至72℃，提高搅拌速度到8500rpm/min，搅拌下加入熔融的施胶剂蜡液，搅拌时间为12分钟。在72℃、22Mpa条件下均质一次。

3）迅速降温至25℃，加入2g乙二醛，搅拌10分钟后100目筛网过滤出料。所得的施胶剂乳液，重量固含量18.08wt%，粘度11.25mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），pH=3.14（使用PHS-3C精密pH计测得)。

实施例5

对比例：按CN200710150369.0的方法制备的施胶剂乳液。

用实施例1～4和对比例，按下述工艺进行应用实验。

实验条件及工艺方案设计

1、表面施胶液的配制

施胶氧化淀粉搅拌升温至90-95℃，保温糊化30min后调至65℃恒温，备用。

施胶方案：使用上述氧化淀粉液与表面施胶剂，淀粉浓度10％。

配比为：淀粉：表面施胶剂：荧光增白剂=50:1:4（干/干/湿）。

2、采用70g/m²静电复印纸作为施胶原纸，使用上述胶料，在实验室小型施胶机上，以相同的施胶量（单面1.8g/m2）分别进行单面施胶，施胶后的纸样以相同的温度、时间（85℃*20s）在上光机上进行干燥，检测纸样下机及熟化5min后的Cobb值以及纸样的表面强度。

判定标准：Cobb值越低效果越好，表面强度越大越好

从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～5制备的表面施胶剂乳液，与对比例相比，应用于纸张制造过程中的表面施胶，所得纸张的Cobb值低，表面强度高，应用效果好。

Claims (5)

1.一种表面施胶剂乳液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将阳离子聚合物和水混合，在70～75℃下加入熔融的AKD蜡、石蜡，然后在10～25Mpa条件下均质，降温至40℃以下加入乙二醛，即得到所述表面施胶剂乳液；所述阳离子聚合物是以阳离子单体、（甲基）丙烯酸酯类单体、（甲基）苯乙烯共聚而成的水分散体，该制备方法，以明胶为分散剂，以阳离子与非离子复合的表面活性剂为乳化剂，以2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐为引发剂，使用上述混合单体进行自由基乳液聚合制得；各个组分的重量分数如下：

其中AKD蜡和石蜡合计为100重量份。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子聚合物的制备方法，包括如下步骤：

a)将（甲基）丙烯酸酯、（甲基）苯乙烯和阳离子单体混合制成混合单体，备用。

b)将乳化剂和10份水混合，完全溶解，备用。

c)将2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐和10份水混合，完全溶解，备用。

d)将明胶和130～510份水混合，升温至85℃完全溶解。加入b)步骤中的乳化剂水溶液，控制在60℃～95℃，加入c）步骤中的2,2′-偶氮双（脒基丙基）二盐酸盐水溶液，然后在60℃～95℃条件下滴加a)步骤混合单体1～3小时。

e)60～95℃保温1～2小时。降温至25℃,过滤。所得的阳离子聚合物重量固含量为20～40%，平均粒径为30～100nm，pH=2～6。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阳离子聚合物制备步骤中各个组分的重量份数如下：

（甲基）苯乙烯                       20～50份、

（甲基）丙烯酸酯                     30～70份、

阳离子单体                            5～20份、

以上单体配成混合单体，共100份；

所述明胶重均分子量为5000～50000g/mol；

所述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、二烯丙基二甲基氯化铵中的至少一种；

所述（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、甲基丙烯酸-2-羟丙酯中的至少一种。

所述乳化剂为阳离子与非离子复合的表面活性剂，选自C12～18烷基聚氧乙烯（n）三甲基氯化铵（n=5～20）中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述方法制备的表面施胶剂乳液，其特征在于，所述表面施胶剂乳液的重量固含量15～25%，25℃粘度完为5～30mPa.s，pH为2～4。

5.权利要求4所述施胶剂乳液的应用，其特征在于，应用于纸张的表面施胶。