CN108149516A - 一种纸张或纸板用施胶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纸张或纸板用施胶剂及其制备方法，其施胶剂的组分如下：(甲基)苯乙烯、(甲基)丙烯酸酯类单体、交联单体、乳化剂、引发剂、分散剂、缓冲剂、中和剂、阳离子单体、去离子水。本发明的表面施胶剂原料环保，来源广，合成工艺简单，反应历程相对较短，制备成本低，制得的施胶剂具有较适宜的黏度、较好的稳定性和平均粒径较小，具有极强的成膜性；本发明施胶剂用于纸表面施胶，具有较好的表面强度和抗水性等特点。与氧化淀粉复配使用能够在施胶剂用量不变的情况下大幅度提高瓦楞纸及瓦楞纸板的环压强度，降低纸板克重。

Description

一种纸张或纸板用施胶剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，尤其是涉及一种纸张或纸板用施胶剂及其制备方法。
背景技术
为节约成本，目前造纸采用废纸代替木浆，但成纸的强度差，吸水值高。而纸板的发展方向正从高克重向低克重高强度发展，由于内部施胶效果不好，纸张质量不稳定，且用量大，***污染难以控制。如今，箱纸板和瓦楞原纸的生产厂家采用表面施胶进行提高纸和纸板强度的工艺成为流行趋势。
表面施胶是纸张或纸板加工过程中的一个重要工序，通常位于纸机的烘干部末端，使纸张在未完全干燥却具有一定的强度时喷涂一层胶液，经后续的干燥在纸和纸板表面形成一层胶膜，从而达到改变纸和纸板表面性能的目的。其要求如下：(1)熟化速度快(2)明显提高纸张表面强度(3)抗水性能好。
苯丙乳液合成制备工艺简单、环保。用其表面处理纸张具有较好的成膜性和吸墨性。由于分子结构引入了活性基团，与纤维的亲和力较好，能够解决传统表面施胶剂对纤维亲和力差，引起纸面成膜在干燥过程中易破裂的现象。
随着造纸行业不断发展，对表面施胶剂的要求越来越高，现在的苯丙乳液表面施胶剂虽然能达到提高纸和纸板环压强度的作用，但常规施胶剂用量大，成本高，且配方中加入大量分散剂和乳化剂，不利于环保并且会在一定程度上降低抗水性，存在返潮现象，而且熟化速度还有待于提高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种纸张或纸板用施胶剂及其制备方法。本发明可有效提高施胶效果，降低施胶成本，本施胶剂和氧化淀粉复配后对纸和纸板表面施胶，可大幅度提高纸和纸板环压强度，表面强度，解决熟化速度慢、存放一段时间返潮的问题。
本发明的技术方案如下：
一种纸张或纸板用施胶剂，由以下重量份数的原料组成：
苯乙烯或甲基苯乙烯85-96份，丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体20-32份，交联单体2-8份，浓度为20wt％的乳化剂水溶液0.5-1份，浓度为15wt％的引发剂水溶液1-1.5份，分散剂10-25份，缓冲剂1-5份，中和剂1-5份，阳离子单体2-6份，水500-630份。
本申请还提供了所述的纸张或纸板用施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
将苯乙烯或甲基苯乙烯、丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体、交联单体、乳化剂、引发剂、分散剂、缓冲剂、中和剂、阳离子单体、以及水加入反应容器，惰性气体驱氧，在蒸汽加热条件下进行自由基乳液聚合，反应获得施胶剂。
优选的，所述丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种混合；
所述交联单体为丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸氨基乙酯、甲基丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯、甲基丙烯酸氨基丙酯、二甲基间异丙烯基苯基异氰酸酯、二乙烯基苯中的一种或多种混合；
所述乳化剂为阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂选自C12-18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵中的一种或多种混合，其中n＝5-20；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁脒酸盐中的任意一种；
所述分散剂为明胶，所述明胶的平均分子量为10000-100000；
所述缓冲剂为碳酸氢钠；
所述中和剂为氨水；
所述阳离子单体选自丙烯酸二甲氨基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵或二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种混合；
所述的水为自来水或去离子水。
优选的，所述惰性气体为氦气、氩气、氮气的任意一种。
优选的，所述在蒸汽加热条件下进行自由基乳液聚合的温度为85-90℃，反应时间为1.5-5小时。
优选的，所述施胶剂的pH为2-6，固含量为35-50％，平均粒径40nm-50nm，阳离子度0.02-0.2。
本申请所述施胶剂用于瓦楞纸、纸板或白卡纸的表面处理。
本申请所述施胶剂与氧化淀粉复配用于瓦楞纸板的粘合。
本发明有益的技术效果在于：
本发明的施胶剂，可用于瓦楞纸、纸板或白卡纸的表面处理。本发明的施胶剂固含量较高，抗水性较好，可与氧化淀粉以1:7～9的质量比复配用于瓦楞纸板的粘合，从而扩大其应用范围。
本发明交联单体的加入，不仅加快熟化速度，而且因为加入交联单体后形成连续致密的膜层，使吸水性明显降低，达到防止返潮的作用。缓冲剂和中和剂的加入，改变体系的pH值，施胶后可与纤维负电荷直接结合，在纤维形成致密的膜层，提高施胶效果。同时，与施胶淀粉复配使用时，能够很好的交联，从而提高淀粉的成膜效果。
本发明施胶剂利用天然高分子明胶为分散剂，绿色环保无污染，可以降低生产成本，同时能够明显提高***的稳定性。本发明施胶剂大大降低了乳化剂的使用，在应用中发现引发剂种类、不同的引发剂用量对阳离子聚合物乳液粒径和粒径分布影响较大，从而降低其对产品的影响，提高了施胶剂的抗水性。通过缓冲剂和中和剂的加入，有利于增强乳液的正电荷和乳化能力，提高乳液的稳定性，改变乳液的粒径分布和平均粒径大小。本发明施胶剂平均粒径40nm-50nm，熟化速度快。
与传统的淀粉合成的苯丙表面施胶剂相比，本发明施胶剂的成膜性好，稳定性高，在赋予纸张较好的抗水性和物理强度的同时，能大大降低施胶成本。该产品和氧化淀粉一起复配对瓦楞纸和纸板表面施胶以及纸板的粘合，不仅能改善瓦楞纸的Cobb值，加快熟化速度，防止返潮现象，而且最重要的能提高纸和纸板的环压强度，降低纸张克重，适应现在高强度低克重纸板发展的方向。
本发明的表面施胶剂原料环保，来源广，合成工艺简单，反应历程相对较短，制备成本低，制得的施胶剂具有较适宜的黏度、较好的稳定性和平均粒径较小，具有极强的成膜性；本发明施胶剂用于纸表面施胶，具有较好的表面强度和抗水性等特点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
在反应装置中，先通入惰性气体氦气驱氧，加入10g分子量为10000g/mol的分散剂明胶，300g去离子水，通过蒸汽升温至85℃到明胶溶解，加入300g去离子水降温至45℃。加入1g浓度为20％的十二烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，加入1.5g质量分数为15％的引发剂过硫酸钾水溶液，加热至95℃，保温反应0.5-1h，保温结束后，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯85g，甲基丙烯酸羟乙酯作为甲基丙烯酸酯类单体20g，阳离子单体甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵5g，交联单体为N-羟丙烯酰胺6g，缓慢滴加缓冲剂碳酸氢钠和中和剂氨水控制体系pH值，1小时陆续加完。滴加完毕后，控制温度90-95℃维持反应2小时保温反应，保温反应完成后，冷却至35℃，pH＝3.56，过200目滤网过滤，得到施胶剂。固含量为45％，平均粒径50(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.04(采用GB12303-90方法测定)。
实施例2
在反应装置中，先通入惰性气体氩气驱氧，加入15g分子量为50000g/mol的分散剂明胶，300g去离子水，通过蒸汽升温至85℃到明胶溶解，加入350g去离子水降温至45℃。加入0.5g浓度为20％的十五烷基聚氧乙烯三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，加入1.2g质量分数为15％的引发剂过硫酸铵水溶液，加热至90℃，保温反应0.8h，保温结束后，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯95g，甲基丙烯酸乙酯作为甲基丙烯酸酯类单体30g，阳离子单体丙烯酸二甲氨基乙酯一氯甲烷季铵6g，交联单体为甲基丙烯酰胺8g，缓慢滴加缓冲剂碳酸氢钠和中和剂氨水控制体系pH值，1小时陆续加完。滴加完毕后，控制温度90-95℃维持反应2小时保温反应，保温反应完成后，冷却至35℃，pH＝4.2，过200目滤网过滤，得到施胶剂。固含量为43％，平均粒径45(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.09(采用GB12303-90方法测定)。
实施例3
在反应装置中，先通入惰性气体氮气驱氧，加入10g分子量为100000g/mol的分散剂明胶，300g去离子水，通过蒸汽升温至85℃到明胶溶解，加入300g去离子水降温至45℃。加入1g浓度为20％的十八烷基聚氧乙烯(15)三甲基氯化铵水溶液作为乳化剂，加入1g质量分数为15％的引发剂过硫酸钠水溶液，加热至85℃，保温反应1h，保温结束后，滴加以下混合单体：甲基苯乙烯90g，甲基丙烯酸甲酯作为甲基丙烯酸酯类单体20g，阳离子单体二烯丙基二甲基氯化铵4g，交联单体为二乙烯基苯7g，缓慢滴加缓冲剂碳酸氢钠和中和剂氨水控制体系pH值，1小时陆续加完。滴加完毕后，控制温度90-95℃维持反应2小时保温反应，保温反应完成后，冷却至35℃，pH＝3.68，过200目滤网过滤，得到施胶剂。固含量为48％，平均粒径48(使用Malven粒径仪测得)，阳离子度0.06(采用GB12303-90方法测定)。
应用例：在纸张上表面施胶
糊化液例的配制：在糊化罐中加入500kg水，加入氧化淀粉(绝对干粉)100kg，充分搅拌并升温至95℃，保温糊化20分钟，加入600kg水，降温至50℃，再加入实施例1～3配方制备的施胶剂(氧化淀粉(干)：施胶剂(湿)＝50:3)，胶液浓度8-10％，再加入相对氧化淀粉量的10％的硫酸铝，充分混合使用。
对比例1的配制：在糊化罐中加入500kg水，加入氧化淀粉(绝对干粉)100kg，充分搅拌并升温至95℃，保温糊化20分钟，加入600kg水，降温至50℃，再加入市售苯丙乳液施胶剂(氧化淀粉(干)：施胶剂(湿)＝50:3)，胶液浓度8-10％，再加入相对氧化淀粉量的10％的硫酸铝，充分混合使用。
测试例：按上述实施例1～3配制表面施胶剂，和市售苯丙乳液施胶剂作为对比例1，在未施胶定量为120g/m2瓦楞原纸正面进行涂布施胶，涂布量为2g/m2，施胶后放于110℃烘箱，120s后取出，冷却至室温，按下述测试方法测试其性能，然后将其在室温条件下存放10天后再测定，每种施胶剂样品为10个，施胶后检测结果求平均值，其检测结果如表所示：
1、吸水性(Cobb值)：采用GB/T1540-2002方法检测待测纸样。
2、环压强度：采用GB/T 2679.8-1995方法检测待测纸样。
3、表面强度：采用GB/T22837-2008方法检测待测纸样。
4、抗张强度：采用GB/T12914-2008方法检测待测纸样。
试验结论：由上述指标可以看出，通过对实施例1～3配制的表面施胶剂和对比例1市售苯丙乳液施胶剂进行施胶的瓦楞纸，采用实施例1～3配制的表面施胶剂进行施胶的纸张，显著改善Cobb值，增加其抗水性，提高其表面强度，抗张强度、环压强度均优于市售的苯丙乳液施胶剂。10天后测定值基本没有较大变化，说明基本没有返潮现象。
以上对本发明的特定实例进行了说明，但本发明的保护内容不仅仅限定于以上实施例，本发明的所属技术领域中，只要掌握通常知识，就可以在其技术要旨范围内进行多种多样的变更。

Claims (8)

1.一种纸张或纸板用施胶剂，其特征在于由以下重量份数的原料组成：
苯乙烯或甲基苯乙烯85-96份，丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体20-32份，交联单体2-8份，浓度为20wt％的乳化剂水溶液0.5-1份，浓度为15wt％的引发剂水溶液1-1.5份，分散剂10-25份，缓冲剂1-5份，中和剂1-5份，阳离子单体2-6份，水500-630份。
2.一种权利要求1所述的纸张或纸板用施胶剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将苯乙烯或甲基苯乙烯、丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体、交联单体、乳化剂、引发剂、分散剂、缓冲剂、中和剂、阳离子单体、以及水加入反应容器，惰性气体驱氧，在蒸汽加热条件下进行自由基乳液聚合，反应获得施胶剂。
3.根据权利要求1或2所述的施胶剂，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体或甲基丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种或多种混合；
所述交联单体为丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-羟丙烯酰胺、双丙烯酸乙二醇酯、丙烯酸氨基乙酯、甲基丙烯酸氨基乙酯、丙烯酸氨基丙酯、甲基丙烯酸氨基丙酯、二甲基间异丙烯基苯基异氰酸酯、二乙烯基苯中的一种或多种混合；
所述乳化剂为阳离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂选自C12-18烷基聚氧乙烯(n)三甲基氯化铵中的一种或多种混合，其中n＝5-20；
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、偶氮二异丁脒酸盐中的任意一种；
所述分散剂为明胶，所述明胶的平均分子量为10000-100000；
所述缓冲剂为碳酸氢钠；
所述中和剂为氨水；
所述阳离子单体选自丙烯酸二甲氨基乙酯一氯甲烷季铵、甲基丙烯酸酰氧乙基三甲基氯化铵或二烯丙基二甲基氯化铵中的一种或多种混合；
所述的水为自来水或去离子水。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气、氩气、氮气的任意一种。
5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述在蒸汽加热条件下进行自由基乳液聚合的温度为85-90℃，反应时间为1.5-5小时。
6.根据权利要求1或2所述的施胶剂，其特征在于，所述施胶剂的pH为2-6，固含量为35-50％，平均粒径40nm-50nm，阳离子度0.02-0.2。
7.根据权利要求1或2所述的施胶剂，其特征在于，所述施胶剂用于瓦楞纸、纸板或白卡纸的表面处理。
8.根据权利要求1或2所述的施胶剂，其特征在于，所述施胶剂与氧化淀粉复配用于瓦楞纸板的粘合。
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