CN110685187A - 一种纸浆内部施胶组合物及其使用方法和应用 - Google Patents

一种纸浆内部施胶组合物及其使用方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纸浆内部施胶组合物：包括独立分装的A组分和B组分，A组分为烷基烯酮二聚物，B组分为丙烯酸酯类聚合物。本发明以中性施胶剂AKD为基础，利用其阳离子与纤维素的负电荷相吸、以及亲纤维素等羟基结合性进行先期施胶，再加入丙烯酸酯类聚合物(NA)，NA能够与AKD牢固结合，从而将结合了AKD的纤维素进行严密包裹，此外NA还可以作充填纤维间的填充物。利用NA和AKD的相互配合，从而有效地阻止水分子渗透纤维细胞，显著地延长了纸浆模塑制品的防水时间。

Description

一种纸浆内部施胶组合物及其使用方法和应用
技术领域
本发明属于造纸添加剂技术领域，具体地，涉及一种纸浆内部施胶组合物及其使用方法和应用。
背景技术
纸浆模塑是以废纸为原料，在模塑机上由特殊的模具塑造出一定形状的纸制品。近年来，纸浆模塑制品以其原料广、无污染、优越的包装性能和可再生的环保特性，作为一种新兴的理想环保包装产品，并一定程度上正逐步替代木材和塑料制品，广泛应用于餐盒餐具及工业缓冲包装等领域。然而，纸塑制品是植物纤维互相搭建堆积而成的纸品，纤维间没有稳定的链接，而且植物纤维喜水性，当纤维细胞受水分子的影响而膨胀破裂，纸浆模塑制品被水渗透，从而改变纸浆模塑制品的各种物理指标，导致纸浆模塑制品的变形、开裂或穿孔。目前，由于普遍使用的纸浆模塑制品的防水性较差，限制了纸浆模塑制品在湿度较高的场景中的应用。
施胶操作是一种能够有效改善纸浆模塑制品抗水、抗乳液、抗腐蚀等性能的常用造纸工序，目前，施胶主要分为表面施胶和浆内施胶两种方法。
作为一种后加工方法，表面施胶就是在纸浆模塑成品表面上(最好选择光面)喷涂一层按比例开好的防水施胶剂，阻隔、减慢水的渗透。一般的施胶剂要稀释后去上胶，否则难喷涂和堵喷头。然而，利用水稀释防水施胶剂时要严格控制含水量，如果稀释后的施胶剂含水量过高，其与纸制品接触后，其中的水分容易渗透纸制品，从而损坏纸制品。另外，惯用的表面施胶工序涉及表面喷涂、上胶后平整胶面、加热熟化干燥等多步骤的操作，上述操作步骤的实施需要相应配套的设备、生产场地，为此投入的劳动力和资金大大增大了生产成本，降低了产品的利润。
浆内施胶法是在纸托成形前(打浆或配料时)将施胶剂添加于纸浆内，目前行业内习惯采用的施胶方式如下：
1)单一使用中性施胶剂烷基烯酮二聚物(AKD)，通过正负离子作用，与纤维素等的羟基结合排列进行施胶，从而起到防水渗透。这样操作简单，但单一AKD的施胶，AKD的疏水基团只能在纤维表面进行定向排列，并不能包裹纤维。根据纤维素带负电荷的特性，可通过向AKD中加入阳离子淀粉溶液，对AKD进行改性，从而加强AKD与羟基结合。但这种方法需要有加温装置的专用设备，购买设备、升温加热耗费的热能、电能都大大增加了生产成本。然而，采用阳离子淀粉改性的AKD进行浆内施胶制作得到的纸制品也只能防水3–5天。
2)在制浆时按比例先加入溶解了的松香均匀分布，然后加入硫酸铝溶液，起到把松香包裹粘附结合在纤维上的作用。其原理与AKD施胶剂一样。这种方法最大的好处是成本很低。然而，这种浆内施胶方法涉及的操作比较复杂，需要的劳动力投入比较大，且施胶剂各组分别与纸浆发生反应所耗费的时间较长。另外，采用上述施胶剂对纸制品进行加工时，作为施胶剂的必要有效组分的硫酸铝对金属有腐蚀作用的，严重危害模具和设备。然而，采用硫酸铝和松香共同组成的施胶剂进行浆内施胶制作得到的纸制品也只能防水2–4天。
目前，大部分厂家都是通过大大提高AKD、硫酸铝和松香的用量进行内部施胶，以将纸浆模塑制品的防水时间延长至15天以上。这样成本太高，还会对机器和模具腐蚀磨损严重。
纸浆模塑制品的市场售价一般比较低，如果施胶工序需要耗费居高不下的生产成本，显然是不利于纸浆模塑制品的推广应用的。因此，对于纸制品行业来说，开发一种成本低廉、操作简单的施胶方法具有重大的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纸浆内部施胶组合物及其使用方法和应用，以有效提高纸制品的防水性能。
根据本发明的一个方面，提供一种纸浆内部施胶组合物，其特征在于：包括独立分装的A组分和B组分，A组分为丙烯酸酯类聚合物，B组分为烷基烯酮二聚物。
优选地，包括以下步骤：S1.按量称取所需原料，所需原料包括A组分、B组分和造纸纤维，其中，A组分占原料的质量百分比为7.5–8.5％，B组分占原料的质量百分比为7.25–8.5％；S2.按照质量倍数计算，利用3.5–6倍净水稀释A组分，得到添加剂A，备用；S3.按照质量倍数计算，利用3.5–6倍净水稀释B组分，得到添加剂B；S4.将添加剂B加入纸浆，加料完成后搅拌3–8分钟，停止搅拌，静置10–15分钟；S5.将添加剂A加入S3制得的混合浆液中，加料完成后搅拌5–8分钟。
优选地，纸浆的浆料浓度为8–12％。
优选地，添加剂B为现配现用。
优选地，在S1中使用的净水的温度不超过45℃。
优选地，在S2中使用的净水的温度不超过45℃。
优选地，在S1中，利用5倍净水稀释A组分，得到添加剂A。
优选地，在S2中，利用5倍净水稀释B组分，得到添加剂B。
根据本发明的另一个方面，提供一种制作纸浆模塑制品的方法：采用上述纸浆内部施胶组合物，按照上述纸浆内部施胶组合物的使用方法对二次纤维进行内部施胶。
根据本发明的另一个方面，提供一种制作冷链运输纸制包装品的方法：采用上述纸浆内部施胶组合物，按照上述纸浆内部施胶组合物的使用方法对纸浆进行内部施胶。
本发明利用NA相对分子量较大、有活泼双键、易自聚、易共聚的特性，以中性施胶剂AKD为基础，利用其阳离子与纤维素的负电荷相吸、以及亲纤维素等羟基结合性进行先期施胶，再加入丙烯酸酯类聚合物(NA)，NA能够与AKD牢固结合，从而将结合了AKD的纤维素进行严密包裹，此外NA还可以作充填纤维间的填充物。利用NA和AKD的相互配合，从而有效地阻止水分子渗透纤维细胞，显著地延长了纸浆模塑制品的防水时间。
另一方面，本发明提供的纸浆内部施胶组合物的化学性质缓和，不会对腐蚀设备和模具，不含有剧毒物质，不产生难以回收或难以降解的副产物，符合绿色可持续发展的要求。而采用本发明的纸浆内部施胶组合物进行浆内施胶的工序操作简单，反应条件温和，在常温下即能够达到可靠性高的浆内施胶效果，因此无需为了升温加热而耗费大量热能，也无需价格高昂的设备，有利于节约生产成本、提高生产效益、提高成品良品率。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
1.配浆
(1)分别称取80g AKD、80g NA和840g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)向NA中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂A；
(3)利用旧瓦楞纸制备旧瓦楞纸浆(OCC)，OCC的浆料浓度为10％；
(4)向AKD中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂B；
(5)使新配的添加剂B过40目不锈钢网，将所得滤液直接加入到OCC中，完成加样后，开机搅拌5分钟；
(6)停机，静置10分钟；
(7)向步骤(6)制得的混合浆液中，加入预先制备好的添加剂A，完成加样后，开机搅拌6分钟，完成配浆工序。
2.成型
(1)将纸浆吸附在模具上，抽走水分，再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水，制得湿态纸制品；
(2)使湿态纸制品经过干燥炉，使输出干燥炉的半成品得含水率为5–9％；
(3)利用热压成型机对半成品进行加热加压定型，经过切边后制得成品纸托。
实施例2
1.配浆
(1)分别称取80g AKD、80g NA和840g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)向NA中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂A；向AKD中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂B；
(3)利用旧瓦楞纸制备OCC，OCC的浆料浓度为10％；
(4)使备用的添加剂B过40目不锈钢网，将所得滤液直接加入到OCC中，完成加样后，开机搅拌5分钟；
(5)停机，静置10分钟；
(6)向步骤(5)制得的混合浆液中，加入预先制备好的添加剂A，完成加样后，开机搅拌6分钟，完成配浆工序。
2.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
实施例3
1.配浆
(1)分别称取80g AKD、80g NA和840g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)向NA中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂A；
(3)利用旧瓦楞纸制备OCC，OCC的浆料浓度为10％；
(4)向AKD中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂B；
(5)将添加剂A和新配的添加剂B混合，使由此得到的混合液过40目不锈钢网，将滤液直接加入到OCC中，完成加样后，开机搅拌5分钟；
(6)停机，静置10分钟，完成配浆工序。
2.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
实施例4
1.配浆
(1)分别称取80g AKD、80g NA和840g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)向NA中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂A；
(3)利用旧瓦楞纸制备旧瓦楞纸浆(OCC)，OCC的浆料浓度为10％；
(4)向OCC中加入添加剂A，开机搅拌6分钟；
(5)向AKD中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂B；
(6)使新配的添加剂B过40目不锈钢网，将所得滤液直接加入到步骤(4)制得的混合浆液中，完成加样后，开机搅拌5分钟；
(7)停机，静置10分钟，完成配浆工序。
2.成型
(1)将纸浆吸附在模具上，抽走水分，再对被模具截留的纸纤维进行压榨脱水，制得湿态纸制品；
(2)使湿态纸制品经过干燥炉，使输出干燥炉的半成品得含水率为8–10％；
(3)利用热压成型机对半成品进行加热加压定型，经过切边后制得成品纸托。
实施例5
1.配浆
(1)分别称取80g AKD和920g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)利用旧瓦楞纸制备OCC，OCC的浆料浓度为10％；
(3)向AKD中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂B；
(4)使新配的添加剂B过40目不锈钢网，将所得滤液直接加入到OCC中，完成加样后，开机搅拌5分钟；
(5)停机，静置10分钟；
(6)步骤(5)中配制得到的混合液再开机搅拌6分钟，完成配浆工序。
2.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
实施例6
1.配浆
(1)分别称取80g NA和920g旧瓦楞纸，放在阴凉处，备用；
(2)利用旧瓦楞纸制备OCC，OCC的浆料浓度为10％；
(3)向NA中加入400g常温(室温25℃)纯净水，充分搅拌，得到添加剂A；
(4)使新配的添加剂A过40目不锈钢网，将所得滤液直接加入到OCC中，完成加样后，开机搅拌6分钟；
(5)停机，静置10分钟，完成配浆工序。
2.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
对比实施例1不进行内部施胶
1.配浆
(1)利用旧瓦楞纸制备浆料浓度为10％的OCC；
(2)向OCC中加入480g常温纯净水，开机搅拌5分钟，停机，静置10分钟；
(3)向经过步骤(2)的操作的OCC中加入480g常温纯净水，开机搅拌6分钟，完成配浆工序。
2.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
对比实施例2
1.改性AKD中性施胶剂的制备
(1)分别称取100g两性无皂苯丙聚合物乳液和460g AKD；
(2)在60–80℃的温度条件下熔化AKD，将两性无皂苯丙聚合物乳液预热至60℃，边两性无皂苯丙聚合物乳液边向其中缓慢倒入熔化的AKD，充分搅拌至形成均匀的乳液；
(3)再将预热至60℃的纯净水缓慢倒入步骤(2)制得的乳液中，充分搅拌3分钟，配得均匀的半成品AKD乳液，半成品AKD乳液中AKD的质量百分比为10％；
(4)将半成品AKD乳液倒入高剪切混合乳化剂中进行乳化，并在搅拌的状态下，将半成品AKD乳液加入至冷冻的纯净水中，充分搅拌，制得成品AKD乳液。
2.配浆
(1)对旧瓦楞纸进行疏解和打浆，向瓦楞纸浆中加入碳酸钙，使混合浆液中的碳酸钙含量为10％，稀释，得到浆料浓度为10％的OCC；
(2)向OCC中依次加入阳离子淀粉，充分搅拌1分钟；
(3)向步骤(2)制得的混合浆液中加入改性AKD中性施胶剂，充分搅拌1分钟，完成配浆，在成品纸浆中，阳离子淀粉的质量百分比为8％，改性AKD中性施胶剂的质量百分比为8％。
3.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
对比实施例3
1.阳离子松香胶的制备
(1)将180g环氧氯丙烷放入带有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计的反应容器中，加入360g甲醇水溶液(该甲醇水溶液中，甲醇与水的体积比为1:1)，搅拌升温至40℃后恒温，加入已预热到40℃的三乙酰胺220g，搅拌速度控制在300rpm/min，搅拌反应4小时，经旋转蒸发出去甲醇和水溶剂，得无色粘稠状中间体；
(2)在带有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计的反应容器中，加入150g步骤(1)所得粘稠状中间体和200g松香，550g异丙醇，加热升温，在80℃条件下反应7小时，经旋转蒸发出去异丙醇溶剂，得到阳离子松香形表面活性剂；
(3)将100g松香和110g氯仿混溶，在100rpm/min转速的转速条件下，加入阳离子松香形表面活性剂，加入的阳离子松香形表面活性剂净重为松香重量的2％，10分钟后，当溶液变为白色时，再在800rpm/min的转速搅拌下，加入100mL纯净水，并继续搅拌10分钟至分散成均匀的乳液，在减压条件下除去氯仿，制得阳离子松香胶。
2.配浆
(1)对旧瓦楞纸进行疏解和打浆，向瓦楞纸浆中加入碳酸钙，使混合浆液中的碳酸钙含量为10％，稀释，得到浆料浓度为10％的OCC；
(2)向OCC中加入8％的硫酸铝、8％阳离子松香施胶剂、1％的阳离子化剂和5％助流剂，完成配浆。
3.成型
采用本实施例配制的纸浆，经过与实施例1相同的成型工艺制得成品纸托。
实施例7
本实施例以实施例1–6和对比实施例1–3所制得成品纸托作为参试产品，设置试验，测试参试参试产品的防渗水性能，所有参试产品的容积相同、形状结构相同。
1.试验设置方式
将参试产品转移到4℃、相对湿度70％(该温度和湿度为常见的冷链运输环境参数)的密闭低温室内，向参试产品中注入纯净水，试验进行时间为25天，在试验进行过程中，每天的7点和19点为参试产品补充纯净水，使每个参试产品中纯净水体积始终保持纸托容积的80％。每种参试产品设置100个重复，每个参试产品为一个重复。
2.判断标准
通过用绝干的吸水纸擦拭参试产品外部判定参试产品是否渗水：防渗水21天以上，判定为合格；防渗水25天以上，判定为良品。
3.测试结果
本实施例各参试产品的合格率统计如表1所示，从表1中的统计数据可知，实施例1为实施例1–6和对比实施例1–3中的最优实施例。
表1本实施例参试产品测试结果
Figure BDA0002197343960000101
所有实施例1制备的参试产品都能够达到合格标准，在试验进行21天时，擦拭擦拭实施例1的参试产品后的吸水纸都保持干燥状态，所有参试产品仍能保持其绝干状态下的形态，用手触摸参试产品，绝大部分产品外表面依然保持绝干状态。此外，有76％的参试产品能够在试验结束时依然能够保持外表面干燥的状态。
与实施例1相区别，实施例2提供的浆内施胶的过程中，添加剂A并不是现配现用的。与实施例1相对比，实施例2的参试产品的合格率和良品率都明显降低，在试验进行21天时，有一部分的参试产品的外表面明显渗出水分，在试验结束时，有近一半的参试产品已经被水渗透穿孔或塌陷。
与实施例1相区别，实施例3提供的浆内施胶的过程中，添加剂A和添加剂B在施胶工序前进行了预混合，在预混合过程中，施胶剂B中的部分AKD被施胶剂中的NA包裹，大大地降低了施胶过程中的AKD有效含量，显著地削减了施胶效果。在试验进行10天左右，部分参试产品的外表面明显渗出水分，在试验进行到第21天，很大部分参试产品的外表面被水分渗透。
与实施例1相区别，实施例4提供的浆内施胶的过程中，添加剂的添加顺序为：先添加添加剂A，再添加添加剂B。该实施例的参试产品也能够达到一定的防渗水度。在试验进行到15天时，用手触摸参试产品的外表面，有一部分的参试产品外部有渗水感；在试验进行到第21天时，有大部分参试产品被水渗透穿孔或塌陷。
与实施例1相区别：实施例5提供的浆内施胶的过程中，只采用添加剂B进行浆内施胶；实施例6提供的浆内施胶的过程中，只采用添加剂A进行浆内施胶。实施例5和实施例6的大部分参试产品只能防渗水3–6天，在试验进行10天后，几乎所有的实施例5和实施例6制作的参试产品都被水渗透变形。
对比实施例1制作的参试产品没有经过浆内施胶，所有参试产品沾水后都会短时间内被水渗透。
对比实施例2采用阳离子改性的AKD对纸浆进行浆内施胶制作参试产品，大部分参试产品只能防渗水5–9天，在试验进行15天后，几乎所有的实施例5制作的参试产品都被水渗透变形。
对比实施例2采用硫酸铝和松香共同组成的施胶剂对纸浆进行浆内施胶制作参试产品，大部分参试产品只能防渗水8–12天，在试验进行二周后，几乎所有的实施例5制作的参试产品都被水渗透变形。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种纸浆内部施胶组合物，其特征在于：包括独立分装的A组分和B组分，所述A组分为丙烯酸酯类聚合物，所述B组分为烷基烯酮二聚物。
2.如权利要求1所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按量称取所需原料，所需原料包括所述A组分、所述B组分和造纸纤维，其中，所述A组分占所述原料的质量百分比为7.5–8.5％，所述B组分占所述原料的质量百分比为7.25–8.5％；
S2.按照质量倍数计算，利用3.5–6倍净水稀释所述A组分，得到添加剂A，备用；
S3.按照质量倍数计算，利用3.5–6倍净水稀释所述B组分，得到添加剂B；
S4.将所述添加剂B加入纸浆，加料完成后搅拌3–8分钟，停止搅拌，静置10–15分钟；
S5.将所述添加剂A加入所述S3制得的混合浆液中，加料完成后搅拌5–8分钟。
3.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：所述纸浆的浆料浓度为8–12％。
4.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：所述添加剂B为现配现用。
5.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：在所述S1中使用的所述净水的温度不超过45℃。
6.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：在所述S2中使用的所述净水的温度不超过45℃。
7.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：在所述S1中，利用5倍净水稀释所述A组分，得到所述添加剂A。
8.如权利要求2所述纸浆内部施胶组合物的使用方法，其特征在于：在所述S2中，利用5倍净水稀释所述B组分，得到所述添加剂B。
9.一种制作纸浆模塑制品的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述纸浆内部施胶组合物，按照如权利要求2–8任一项所述纸浆内部施胶组合物的使用方法对二次纤维进行内部施胶。
10.一种制作冷链运输纸制包装品的方法，其特征在于：采用如权利要求1所述纸浆内部施胶组合物，按照如权利要求2–8任一项所述纸浆内部施胶组合物的使用方法对纸浆进行内部施胶。
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