CN106317323B - 一种纸张手感剂的制备方法 - Google Patents

一种纸张手感剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种纸张手感剂的制备方法，（1）以摩尔百分比计，取70～80%的丙烯酰胺，20～30%的N‑羟甲基丙烯酰胺，8～15%的甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01～5%的交联剂，0.05～5%的链转移剂，搅拌下加入水中，配制成混合水溶液；然后通氮气，加入引发剂和催化剂，升温至60～90℃，进行聚合反应30～90min，得到聚丙烯酰胺共聚物；(2)步骤（1）的产物中，加入适量有机胺，在60～90℃进行胺甲基化缩合反应；反应结束产品冷却至50℃以下，加入酸调节聚合物溶液pH6～9。本发明所述的纸张手感剂，其特征在于该手感剂添加到浆料中，提高成纸的坚韧挺括感，同时改善纸张的松厚度而具有厚实感。

Description

一种纸张手感剂的制备方法
技术领域
本发明属于造纸助剂技术领域，具体涉及一种纸张手感剂的制备方法。
背景技术
近年来，纸张的生产和消费持续得到突飞猛进的增长。由于为了提高生产效率、原材料的短缺和环保要求，纸机高速化的进程及产品低定量化趋势增强，同时纸张生产中添加使用二次纤维等，在一定程度上影响纸张的抄造及纸张的质量。随着造纸技术和生活水平的提高，消费者对生活用纸的质量要求越来越高，除了要求纸张的湿干强度、吸水性、匀度、柔软度和白度等普通质量指标有很高的要求外，还要求生活用纸尤其是擦手纸在使用过程中既要具有不打折、不收缩、不变型的坚韧挺括手感、又要具有一定的松厚度，相同定量产品使用起来感觉比较具有厚实感。
作为提高纸张挺度或刚性的技术，如中国专利CN02110367.4中，介绍了一种针对以废纸纤维为原料的纸与纸板挺度剂，主要提高纸与纸板的挺度、撕裂度或抗拉强度等。中国专利CN201410167327.8中，以丙烯酰胺和阳离子单体等为主要原料，制备了一种阳离子聚丙烯酰胺纸张挺度剂，能提高纸张的挺度和表面强度，减少掉毛掉粉，提高纸张的质量和档次。但是这些发明中，仅对纸张的挺度或刚性进行一定程度的改善，纸张其它性能得不到良好的改善，若使用不当，还会引起其它性能下降。
生活用纸中最早使用石蜡、有机硅、多元醇、脂肪酸的酯化物和烷基酰胺咪唑啉季铵盐等解决产品的蓬松松厚感，但是它们的效果性能单一，会引起纸张强度的下降，尤其是擦手纸使用起来感觉太柔软，没有坚韧挺括感，满足不了高档卫生纸的使用要求。因此，生活用纸的生产对造纸化学品的种类和质量提出了更高的要求。
目前，造纸中多性能的手感剂还没有得到大量开发和应用。手感剂一直以来是在皮革中使用的一种重要助剂,尽管用量少,但有点石成金的作用,因此手感剂的应用一直深受皮革厂重视。其实，皮革的生产过程与造纸生产过程是很相似的，大家很熟悉的皮糠纸，又叫再生皮，它的制造工艺与造纸类似，是利用制革废料和皮具加工过程中产生的边角碎料，经过粉碎后形成皮糠纤维，再添加不同的皮革助剂混合，然后按照干法造纸工艺加工处理成高附加值的皮糠纸。皮糠纸以其无与伦比的质感、弹性、坚韧度、抗湿能力和加工适应性取代纸板。因此，多性能的造纸手感剂也将逐步会在造纸生产中得到发展与应用。
发明内容
基于上述原因，发明人经查阅手感剂方面大量的研究成果，分析了国内外手感剂的现状，并经过多年的研究，针对高档生活用纸的生产和使用要求，开展了新型手感剂的研究工作。本发明研究得到一种反应性多功能纸张手感剂，该手感剂添加到浆料中，提高成纸的坚韧挺括感，同时改善纸张的松厚度而具有厚实感，更加适合市场的需要。
达到上述目的，本发明提供的纸张手感剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）以摩尔百分比计，取70～80%的丙烯酰胺，20～30%的N-羟甲基丙烯酰胺，8～15%的甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01～5%的交联剂，0.05～5%的链转移剂；搅拌条件下加入占单体总质量4～8倍的水中，配制成混合水溶液；然后通氮气保护下，加入引发剂和催化剂，升温至60～90℃，进行聚合反应30～90min，得到聚丙烯酰胺共聚物；
(2)在步骤（2）的聚丙烯酰胺共聚物中，加入占聚丙烯酰胺共聚物摩尔比10～40%的有机胺，在60～90℃进行胺甲基化缩合反应60～90min，之后停止反应；待溶液冷却至50℃以下，加入酸调节聚合物溶液pH6～9；
（3））由步骤（1）和步骤（2）制备的纸张手感剂，其特征在于该手感剂添加到浆料中，提高成纸的坚韧挺括感，同时改善纸张的松厚度而具有厚实感。
步骤（1）中所述的引发剂剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种。
步骤（1）中所述的交联剂为双官能度单体，为N,N'—亚甲基双丙烯酰、N,N'—亚甲基双甲基丙烯酰、N—烯丙基丙烯酰胺和N—烯丙基甲基丙烯酰胺的一种或两种。
交联剂在反应的过程中起到桥梁的作用,部分阳离子聚丙烯酰胺被交联剂接枝共聚连接在一起形成网状结构，增加聚合物的分子量和结合点，增强其聚合物的抗剪切性能，其对纸张的增挺或增强效果好。
步骤（1）中所述的链转移剂为烷基醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、硫代甘醇、甲代烯丙基磺酸钠、烯丙醇和乙醇胺中的一种或几种。
步骤（2）中所述的有机胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙二胺、一乙醇胺、二乙醇胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺的一种或两种。
N-羟甲基丙烯酰胺与丙烯酰胺和有机胺等进行胺甲基化反应，制备得到胺甲基化聚丙烯酰胺聚合物。之后通过加入酸性物质调节pH值，得到聚丙烯酰胺铵盐。因为甲醛剧毒，易致癌，而且甲醛很活泼，反应非常迅速不易控制，所以本发明使用N-羟甲基丙烯酰胺，原料安全环保，反应平稳控制，降低了单体残留，获得了粘度稳定、共聚完全的聚丙烯酰胺铵盐。
聚丙烯酰胺铵盐中含有大量的羟基、酰胺基和羧基等活性基团，能与并与纤维素中的羟基形成大量的氢键结合，聚丙烯酰胺铵盐上的季铵阳离子基可以与带负电荷的纤维形成离子键，在纸机干燥过程中，形成大量的交联键结合，增加了作用于纤维之间的结合力。再加上由于作用于高分子中的分子间凝聚力，使得长链高分子可同时贯穿若干个纤维和颗粒，使浆中纤维分布更均匀，导致纤维间及纤维与高分子间结合点增加，从而显著提高其结合强度，达到增加纸张坚韧挺括感。
步骤（2）中所述的酸为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、甲酸、马来酸、富马酸、酒石酸和乳酸的一种或两种。
本发明的优点是：
（1））本发明提出采用N-羟甲基丙烯酰胺代替甲醛，与丙烯酰胺和有机胺等进行胺甲基化反应，制备得到胺甲基化聚丙烯酰胺聚合物。之后通过加入酸性物质调节pH值，得到聚丙烯酰胺铵盐。因为甲醛剧毒，易致癌，而且甲醛很活泼，反应非常迅速不易控制，所以本发明使用N-羟甲基丙烯酰胺，原料安全环保，反应平稳控制，降低了单体残留，获得了粘度稳定、共聚完全的聚丙烯酰胺铵盐。
聚丙烯酰胺铵盐中含有大量的羟基、酰胺基和羧基等活性基团，能与并与纤维素中的羟基形成大量的氢键结合，聚丙烯酰胺铵盐上的季铵阳离子基可以与带负电荷的纤维形成离子键，在纸机干燥过程中，形成大量的交联键结合，增加了作用于纤维之间的结合力。再加上由于作用于高分子中的分子间凝聚力，使得长链高分子可同时贯穿若干个纤维和颗粒，使浆中纤维分布更均匀，导致纤维间及纤维与高分子间结合点增加，从而显著提高其结合强度，达到增加纸张坚韧挺括感。
（2）本发明第一步反应中使用了甲基丙烯酸缩水甘油酯，作为软弹体与丙酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺进行自由基共聚合反应，聚合物链上含有多碳的脂肪酯基团和环氧基团的聚合物，多碳脂肪酯基团和环氧基团能在纸机干燥过程中与纤维的羟基以氢键形式结合，对纤维吸附力强，降低纤维间摩擦系数的效果较好，改善成纸的松厚度。
（3））本发明研究了一种反应性多功能纸张手感剂，该手感剂添加到浆料中，提高成纸的坚韧挺括感，同时改善纸张的松厚度而具有厚实感。
具体实施方式
通过实施例进一步阐述本发明的内容，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例，并不是对本发明的限定。
实施例 1
在四口烧瓶中，加入蒸馏水400.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺40.0g，N-羟甲基丙烯酰胺16.2g，甲基丙烯酸缩水甘油酯11.4.0g, N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.3g和异丙醇0.96g，接着通氮气保护，并加入引发剂和催化剂，然后将反应温度升至75℃，进行聚合反应60min,制得聚丙烯酰胺共聚物。
在上述聚丙烯酰胺共聚物中,加入质量浓度40%二甲胺24.8g,在75℃进行胺甲基化缩合反应80min，之后停止反应；待产品冷却至50℃以下，加入盐酸调节聚合物溶液pH6～9。
实施例 2
在四口烧瓶中，加入蒸馏水400.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺40.0g，N-羟甲基丙烯酰胺18.2g，甲基丙烯酸缩水甘油酯11.4.0g, N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.3g和异丙醇0.90g，接着通氮气保护，并加入引发剂和催化剂，然后将反应温度升至80℃，进行聚合反应60min,制得聚丙烯酰胺共聚物。
在上述聚丙烯酰胺共聚物中,加入二乙胺14.6g,在80℃进行胺甲基化缩合反应70min，之后停止反应；待产品冷却至50℃以下，加入硫酸调节聚合物溶液pH6～9。
实施例3
在四口烧瓶中，加入蒸馏水400.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺40.0g，N-羟甲基丙烯酰胺16.2g，甲基丙烯酸缩水甘油酯14.2g, N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.3g和巯基乙醇1.25g，接着通氮气保护，并加入引发剂和催化剂，然后将反应温度升至80℃，进行聚合反应80min,制得聚丙烯酰胺共聚物。
在上述聚丙烯酰胺共聚物中,加入二丙胺20.2g,在85℃进行胺甲基化缩合反应80min，之后停止反应；待产品冷却至50℃以下，加入硫酸调节聚合物溶液pH6～9。
实施例4
在四口烧瓶中，加入蒸馏水400.0g，开启搅拌，然后依次加入丙烯酰胺40.0g，N-羟甲基丙烯酰胺20..2g，甲基丙烯酸缩水甘油酯11.4.0g, N，N-亚甲基双丙烯酰胺1.5g和巯基乙醇1.25g，接着通氮气保护，并加入引发剂和催化剂，然后将反应温度升至70℃，进行聚合反应70min,制得聚丙烯酰胺共聚物。
在上述聚丙烯酰胺共聚物中,加入质量浓度40%二甲胺24.8g,在75℃进行胺甲基化缩合反应80min，之后停止反应；待产品冷却至50℃以下，加入盐酸调节聚合物溶液pH6～9。

Claims (6)

1.一种纸张手感剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以摩尔百分比计，取70～80%的丙烯酰胺，20～30%的N-羟甲基丙烯酰胺，8～15%的甲基丙烯酸缩水甘油酯，0.01～5%的交联剂，0.05～5%的链转移剂，上述物质的总摩尔百分比之和为百分之百；搅拌条件下加入占单体总质量4～8倍的水中，配制成混合水溶液；然后通氮气保护下，加入引发剂和催化剂，升温至60～90℃，进行聚合反应30～90min，得到聚丙烯酰胺共聚物；
(2)在步骤（2）的聚丙烯酰胺共聚物中，加入占聚丙烯酰胺共聚物摩尔比10～40%的有机胺，在60～90℃进行胺甲基化缩合反应60～90min，之后停止反应；待溶液冷却至50℃以下，加入酸调节聚合物溶液pH6～9；
（3））由步骤（1）和步骤（2）制备的纸张手感剂，其特征在于该手感剂添加到浆料中，提高成纸的坚韧挺括感，同时改善纸张的松厚度而具有厚实感。
2.根据权利要求1所述的纸张手感剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种。
3.根据权利要求1所述的纸张手感剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的交联剂为双官能度单体，为N,N'—亚甲基双丙烯酰胺、N,N'—亚甲基双甲基丙烯酰胺、N—烯丙基丙烯酰胺和N—烯丙基甲基丙烯酰胺的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的纸张手感剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的链转移剂为烷基醇、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇、硫代甘醇、甲代烯丙基磺酸钠、烯丙醇和乙醇胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的纸张手感剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的有机胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙二胺、一乙醇胺、二乙醇胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的纸张手感剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的酸为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、甲酸、马来酸、富马酸、酒石酸和乳酸的一种或两种。
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