CN108383944B - 一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,包括淀粉氧化、制得混合单体、制备引发剂、反应步骤。所述的反应:将氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B;引发剂滴加0.5‑2分钟之后,开始滴加混合单体;反应完成后,滴加十二醇酯,滴加完后降温,即得淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液。本发明所制得的复合型乳液,兼具了增强与抗水两种功能,而且抗水效果好,增强效果显著,能够明显提高纸张的质量与档次。
Description
技术领域
本发明涉及一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,属于造纸技术领域。
背景技术
我国的造纸工业处于飞速发展的过程中,在造纸工业发展的同时,也遇到了一系列的问题。如何弥补废纸原料性能不足以及高填料带来的强度损失,造纸增强剂的使用则为上述问题提供了有效的解决方法。
早期使用的增强剂主要有淀粉和天然植物胶;后来发展了淀粉衍生物,如氧化淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉和两性淀粉等;水溶性纤维素衍生物,如羧甲基纤维素、甲基纤维素和羟乙基纤维素等,均有效的提高了纸张的强度。后来又采用聚丙烯酰胺、聚胺等高分子聚合物、水溶性树脂应用于造纸工业中,取得了更好的增强作用。
目前,中高档纸施胶总的趋势是采用中性施胶。国内外应用广泛的中性施胶剂主要有AKD、ASA等。这类施胶剂的实用在一定程度上提高了抗水性,但是对强度的提高较弱。
这种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液是一类淀粉/纳米纤维素基产品,稳定性好、不成凝胶,对pH值变化不敏感。在造纸过程中可用作表面抗水增强剂使用,兼具了施胶剂和增强剂的作用。尤其是纳米纤维素,由于具有高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高强度、高亲水性、超精细结构和高透明度等优点,决定了纳米纤维素在增强方面有着十分重要的应用。因为纳米纤维素具有较大的比表面积和丰富的羟基,加到纸张中能够提高纸浆纤维之间的结合,从而提高纸浆纤维之间的结合力,可作为制浆造纸过程中的增强剂,其在增强方面的研究引起了越来越多的关注。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足,提供一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,实现以下发明目的:
采用本发明复合乳液,明显提高纸张的抗水性、填料留着率,提高环压强度,降低Cobb值。
为实现上述发明目的,采用以下技术方案:
一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其制备方法的步骤是:
步骤1、淀粉氧化
原料包括:阳离子淀粉、AKD蜡片、纳米纤维素悬浮液、硫酸亚铁、双氧水,质量比为:250:25:500~750:1~2.5:75。
所述的阳离子淀粉为玉米淀粉,阳离子淀粉的取代度为0.02~0.04;
所述的AKD蜡片型号为1860;
所述的纳米纤维素悬浮液固含量为1%;所述的纳米纤维素为棉浆纳米纤维素,采用硫酸水解法制得,平均粒径为150~200nm。
将阳离子淀粉与AKD蜡片混合,加热到60~70℃,搅拌30分钟,搅拌速度为120rpm/min;然后加入纳米纤维素悬浮液,升温至72℃;然后,加入硫酸亚铁和30%固含量的双氧水,搅拌1小时,搅拌速度为120rpm/min;使淀粉充分氧化降解,得到氧化淀粉。
步骤2、制得混合单体
二烯丙基胺预处理:用醋酸将二烯丙基胺的pH值调整至4-5,得到预处理二烯丙基胺。
单体混合:将3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯混合,得到混合液;将预处理二烯丙基胺加入上述混合液中,得到混合单体。
所述的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷:三氟丙基甲基环三硅氧烷:丙烯酰胺:二烯丙基二甲基氯化铵:预处理二烯丙基胺:乙烯亚胺:苯乙烯:丙烯酸丁酯的质量比为10:1~5:5~10:10:1:3~5:80:60。
步骤3、制备引发剂
所述的引发剂包括引发剂A和引发剂B。
将30%双氧水溶于一定量水中,双氧:水的质量为1:10~20,得到引发剂A。
将过氧化苯甲酰溶于乙酸乙酯中,过氧化苯甲酰:乙酸乙酯的质量比为1:50~100,得到引发剂B。
步骤4、反应
将氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温至85℃,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B;
引发剂滴加1分钟之后,开始滴加混合单体,混合单体滴加时间为4.5小时,引发剂滴加时间为5小时。
所述的氧化淀粉:混合单体的质量比为1:1~2。
所述的引发剂A用量为混合单体质量的1%~1.5%,引发剂B用量为混合单体质量的0.3%~0.5%。滴加时,引发剂A和引发剂B一起滴加,滴加的速度不同,生产过程中根据用量调整阀门,控制滴加时间相同。
上述反应完成后,降温至40℃,缓慢滴加十二醇酯,滴加时间为15分钟。
滴加完十二醇酯,搅拌10分钟,降温至25℃,即得淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液。
所述的十二醇酯的用量为淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液质量的1%~5%。
与现有技术相比,本发明技术方案具有以下有益效果:
(1)本发明所制得的复合型乳液,与传统的施胶剂以及增强剂相比,兼具了增强与抗水两种功能,而且抗水效果好,增强效果显著,能够明显提高纸张的质量与档次。提高了纸张的环压强度,降低Cobb值,本产品可以达到25g/m2;传统技术的AKD乳液表面施胶Cobb值为30g/m2左右。本产品的环压强度指数可达6.0N*m/g,传统技术的AKD乳液表面施胶,横向环压强度为5.2N*m/g。
(2)本发明所制得的乳液,也可用于浆内抗水增强,具有留着率高、施胶效率高,增强效果好且乳液稳定等优点。本产品可以使填料留着率提高2%。AKD浆内施胶Cobb值:本产品可以达到30g/m2,传统的AKD乳液来说,采用AKD乳液浆内施胶Cobb值可达35g/m2左右。
(3)本发明工艺简单,反应条件温和,投资少,具有很好的经济效益。
(4)本发明用于瓦楞纸表面施胶,复合乳液的用量为0.5%时,纸张施胶度为25.6g/m2,抗水效果显著,环压指数7.8N·m/g;抗张指数为42.7N·m/g,耐破指数1.9kPa·m2/g;
本发明用于卫生纸浆内添加,用量为1.5%,卫生纸的抗张强度纵横向平均为59.4N/m,达到A等标准;
本发明用于瓦楞纸表面施胶,吨纸用量为5kg,纸张的不透明度达到85,耐折度8次,纵向抗张指数为42N·m/g,吸收性38.6g/m2,达到优等品标准。
具体实施方式
实施例1 一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法
步骤1、淀粉氧化
原料包括:玉米淀粉、AKD蜡片、纳米纤维素悬浮液、硫酸亚铁、双氧水。
所述的阳离子淀粉为玉米淀粉,阳离子淀粉的取代度为0.02;
所述的AKD蜡片型号为1860;
所述的纳米纤维素悬浮液固含量为1%;所述的纳米纤维素为棉浆纳米纤维素,采用硫酸水解法制得,平均粒径为150nm。
在反应釜中加入100kg玉米淀粉;然后加入10kg AKD蜡片,混合后,升温至60℃,搅拌30分钟,搅拌速率为120rpm/min;然后加入200kg纳米纤维素悬浮液,升温至72℃;然后,加入0.4kg硫酸亚铁和30kg固含量为30%的双氧水,搅拌1小时,搅拌速度为120rpm/min;使淀粉充分氧化降解,得到氧化淀粉。
步骤2、制得混合单体
二烯丙基胺预处理:用醋酸将二烯丙基胺的pH值调整至4-5,得到预处理的二烯丙基胺。
混合:分别称取3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、预处理二烯丙基胺、乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯的质量为10kg、1kg、5kg、10kg、1kg、3kg、80kg、60kg;将上述单体混合,得到混合单体。
步骤3、制备引发剂
所述的引发剂包括引发剂A和引发剂B。
称取17kg固含量为30%的双氧水溶于170kg水中,得到引发剂A。
称取0.5kg过氧化苯甲酰溶于25kg乙酸乙酯中,得到引发剂B。
步骤4、反应
将氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温至85℃,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B。
引发剂滴加1分钟之后,开始滴加混合单体,混合单体滴加时间为4.5小时,引发剂滴加时间为5小时。
所述的氧化淀粉:混合单体的质量比为1:1;所述的引发剂A用量为混合单体质量的1%,引发剂B用量为混合单体质量的0.3%。滴加时,引发剂A和引发剂B一起滴加,滴加的速度不同,生产过程中根据用量调整阀门,控制滴加时间相同。
上述反应完成后,降温至40℃,缓慢滴加10kg十二醇酯,滴加时间为15分钟。
滴加完十二醇酯,搅拌10分钟,降温至25℃,得到淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液1000kg。
采用上述实施例1制备的复合乳液成品,用于瓦楞纸表面施胶。结果如下:
本实施例复合乳液与表面施胶淀粉混合用于瓦楞纸表面施胶,并与传统的聚丙烯酰胺增强剂进行对比。
测试结果表明:
当本实施例复合乳液的用量为0.5%时,纸张施胶度为25.6g/m2,抗水效果显著,环压指数7.8N·m/g;抗张指数为42.7N·m/g,耐破指数1.9kPa·m2/g;
而使用聚丙烯酰胺增强剂,用量为0.5%时,纸张施胶度为97.5 g/m2,不具有抗水性,而环压指数 6.4N·m/g;抗张指数为38.2N·m/g,耐破指数1.6kPa·m2/g;
可见,本发明复合乳液的施胶效果显著,增强效果明显,抗水性好,明显提高了纸张的整体质量。
实施例2一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法
步骤1、淀粉氧化
原料包括:阳离子淀粉、AKD蜡片、纳米纤维素悬浮液、硫酸亚铁、双氧水。所述的阳离子淀粉为玉米淀粉,阳离子淀粉的取代度为0.03;
所述的AKD蜡片型号为1860;
所述的纳米纤维素悬浮液固含量为1%;所述的纳米纤维素为棉浆纳米纤维素,采用硫酸水解法制得,平均粒径为180nm。
在反应釜中加入100kg玉米淀粉,取代度为0.03;然后加入10kg AKD蜡片,升温至60℃,搅拌30分钟,搅拌速度为120rpm/min;然后加入250kg纳米纤维素悬浮液,升温至72℃;然后加入0.8 kg硫酸亚铁和30kg固含量为30%的双氧水,搅拌1小时,搅拌速度为120rpm/min;使淀粉充分氧化降解,得到氧化淀粉。
步骤2、制得混合单体
二烯丙基胺预处理:用醋酸将二烯丙基胺的pH值调整至4-5,得到预处理二烯丙基胺。
混合:分别称取3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、预处理二烯丙基胺、乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯的质量为10kg、2.5kg、7.5kg、10kg、1kg、4kg、80kg、60kg;将上述单体混合,得到混合单体。
步骤3、制备引发剂
所述的引发剂包括引发剂A和引发剂B。
称取22kg双氧水溶于330kg水中,得到引发剂A。
称取0.7kg过氧化苯甲酰溶于53kg乙酸乙酯中,得到引发剂B。
引发剂A和引发剂B作为本发明反应的引发体系。
步骤4、反应
将氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温至85℃,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B;
引发剂滴加1分钟之后,开始滴加混合单体,混合单体滴加时间为4.5小时,引发剂滴加时间为5小时。
所述的氧化淀粉:混合单体的质量比为1:1.5。
所述的引发剂A用量为混合单体质量的1.2%,引发剂B用量为混合单体质量的0.4%。滴加时,引发剂A和引发剂B一起滴加,滴加的速度不同,生产过程中根据用量调整阀门,控制滴加时间相同。
上述反应完成后,降温至40℃,缓慢滴加25kg十二醇酯,滴加时间为15分钟。滴加完十二醇酯,搅拌10分钟,降温至25℃,得到淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液1000kg。
本实施例复合乳液用于卫生纸浆内施加,并与传统的聚酰胺多胺环氧氯丙烷进行对比。
测试结果表明:
用本实施例复合乳液添加到卫生纸浆内,用量为1.5%,并与传统的聚酰胺多胺环氧氯丙烷进行对比。
测试结果表明:
添加1.5%的本实施例复合乳液后,150抽/双层卫生纸的抗张强度纵横向平均为59.4N/m,达到A等标准;而同等用量下,添加聚酰胺多胺环氧氯丙烷后,150/双层卫生纸的抗张强度纵横向平均为54.0N/m;
说明本发明复合乳液明显提高纸张的湿强度。
实施例3 一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法
步骤1、淀粉氧化
原料包括:阳离子淀粉、AKD蜡片、纳米纤维素悬浮液、硫酸亚铁、双氧水;所述的阳离子淀粉为玉米淀粉,阳离子淀粉的取代度为0.04;
所述的AKD蜡片型号为1860;
所述的纳米纤维素悬浮液固含量为1%;所述的纳米纤维素为棉浆纳米纤维素,采用硫酸水解法制得,平均粒径为200nm。
在反应釜中加入100kg玉米淀粉,然后加入10kg AKD,混合后,升温至60℃,搅拌30分钟,搅拌速度为120rpm/min;然后加入300kg纳米纤维素悬浮液,升温至72℃;然后,加入1kg硫酸亚铁和30kg固含量为30%的双氧水,搅拌1小时,搅拌速度为120rpm/min;使淀粉充分氧化降解,得到氧化淀粉。
步骤2、制得混合单体
二烯丙基胺预处理:用醋酸将二烯丙基胺的pH值调整至4-5,得到预处理二烯丙基胺。
混合:分别称取3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、预处理二烯丙基胺、乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯的质量为10kg、5kg、10kg、10kg、1kg、5kg、80kg、60kg,将上述单体混合,得到混合单体。
步骤3、制备引发剂
所述的引发剂包括引发剂A和引发剂B。
称取27kg双氧水溶于540kg水中,得到引发剂A。
称取0.9kg过氧化苯甲酰溶于90kg乙酸乙酯中,得到引发剂B。
步骤4、反应
将氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温至85℃,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B;
引发剂滴加1分钟之后,开始滴加混合单体,混合单体滴加时间为4.5小时,引发剂滴加时间为5小时。
所述的氧化淀粉:混合单体的质量比为1: 2。
所述的引发剂A用量为混合单体质量的1.5%,引发剂B用量为混合单体质量的0.5%。滴加时,引发剂A和引发剂B一起滴加,滴加的速度不同,生产过程中根据用量调整阀门,控制滴加时间相同。
上述反应完成后,降温至40℃,缓慢滴加50 kg十二醇酯,滴加时间为15分钟。滴加完十二醇酯,搅拌10分钟,降温至25℃,得到淀粉/纳米纤维素基高抗水增强复合乳液1000kg。
本实施例复合乳液成品,用于瓦楞纸。结果如下:
用本实施例复合乳液与表面施胶淀粉混合用于瓦楞纸表面施胶,并与AKD施胶乳液进行对比。
测试结果表明:吨纸用量为5kg,使用本实施例复合乳液后,纸张的不透明度达到85,耐折度8次,纵向抗张指数为42N·m/g,吸收性38.6g/m2,达到优等品标准;
而同等用量下,使用AKD进行表面施胶后,纸张的不透明度达到80,耐折度6次,纵向抗张指数为40N·m/g,吸收性39.52g/m2;
可见,本发明乳液具有显著的增强纸张不透明度、耐折度、抗张指数,降低吸收性的效果。
除特殊说明的外,本发明所述的百分数均为质量百分数,所述的比值均为质量比。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其特征在于:包括氧化淀粉、制得混合单体、制备引发剂、反应步骤;
所述氧化淀粉:原料包括阳离子淀粉、AKD蜡片、纳米纤维素悬浮液、硫酸亚铁、双氧水,质量比为:250:25:500~750:1~2.5:75;
所述的制得混合单体:包括二烯丙基胺预处理和单体混合;所述的单体混合:将3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化铵、乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸丁酯混合,得到混合液;将预处理二烯丙基胺加入上述混合液中,得到混合单体;
所述的3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷:三氟丙基甲基环三硅氧烷:丙烯酰胺:二烯丙基二甲基氯化铵:预处理二烯丙基胺:乙烯亚胺:苯乙烯:丙烯酸丁酯的质量比为10:1~5:5~10:10:1:3~5:80:60;
所述的制备引发剂:所述引发剂为复合引发剂,包括引发剂A和引发剂B;
所述的反应步骤:将所述氧化淀粉引入反应釜中,将氧化淀粉升温,然后,同时滴加引发剂A和引发剂B;引发剂滴加0.5-2分钟之后,开始滴加混合单体;反应完成后,滴加十二醇酯,滴加完后降温,即得阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液。
2.根据权利要求1所述的一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其特征在于:所述的引发剂A:将30%双氧水溶于一定量水中得到引发剂A,双氧水:水的质量为1:10~20。
3.根据权利要求1所述的一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其特征在于:所述的引发剂B:将过氧化苯甲酰溶于乙酸乙酯中得到引发剂B,过氧化苯甲酰:乙酸乙酯的质量比为1:50~100。
4.根据权利要求1所述的一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其特征在于:所述的氧化淀粉:混合单体的质量比为1:1~2。
5.根据权利要求1所述的一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法,其特征在于:所述的引发剂A用量为混合单体质量的1%~1.5%,引发剂B用量为混合单体质量的0.3%~0.5%。
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CN201810044910.8A Active CN108383944B (zh) | 2018-01-17 | 2018-01-17 | 一种阳离子淀粉/纳米纤维素基抗水增强复合乳液的制备方法 |
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CN1323318A (zh) * | 1998-10-16 | 2001-11-21 | 美国拜尔公司 | 改进的纸张施胶剂及其制备方法以及纸张施胶方法 |
EP0789725B1 (en) * | 1994-11-03 | 2004-03-24 | Hercules Incorporated | Cellulose ethers in emulsion polymerization dispersions |
CN104894914A (zh) * | 2015-05-05 | 2015-09-09 | 浙江宜佳新材料有限公司 | 一种改性浸渍纸原纸的制备方法 |
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2018
- 2018-01-17 CN CN201810044910.8A patent/CN108383944B/zh active Active
Patent Citations (5)
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