一种表面施胶剂及其制备方法

文档序号:2465093阅读:408来源:国知局

专利名称::一种表面施胶剂及其制备方法
技术领域
:本发明涉及一种表明施胶剂及其制备方法,用于造纸生产过程中纸张的表面施胶,以改善纸张的表明性能,挺高纸张的质量,属造纸化学品领域。
背景技术
:施胶是造纸的一道重要工序,目的是使纸或纸板具有抗拒液体(特别是水和水溶液)扩散和渗透的性能。施胶可分为浆内施胶和表面施胶,由于内施胶剂容易受生产条件(如水质、pH值、温度和泵送时切变速率等因素)的影响;同时随着印刷技术的改进、高速印刷和高粘度油墨的应用,对纸张表面强度和表面平整性提出了更高要求,单靠浆内施胶是难以达到的,必须对纸张进行表面施胶以达到使用要求。所以,不论是用老设备生产的以草浆为主的纸张,还是用新引进大型纸机生产的以木浆为主的纸张,都要用到表面增强施胶剂。表面施胶也是一种纸张表面整饰技术,除了增加纸张的抗水性外,还能增加纸张的挺度、表面强度和平滑度以提高印刷适印性。目前国内造纸行业所采用的表面增强施胶剂多是改性淀粉如氧化淀粉、磷酸酯淀粉等,也有使用PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纤维素)。变性淀粉由于其粘结能力较差,在印刷时容易掉毛掉粉、造成糊版现象,达不到高质量文化印刷用纸和新闻纸的要求,并且抗水性极差,仅在一些低档的纸张上应用。而PVA虽然具有较好的成膜性和较强的粘结力,但因其抗水性较差,配合变性淀粉施胶后对成纸的施胶度没有提高,而且成纸后的光泽度较低。另外因其价格很高,目前在国内的使用量较小。CMC(羧甲基纤维素)虽然也有较好的成膜性,但同样因抗水性较差,对成纸的施胶度没有提高等因素影响了其在造纸行业的大量应用。目前合成表面施胶剂已经成为表面施胶剂的主流,合成表面施胶剂即是采用各种单体聚合反应生成高分子链接物,可以是溶液性和乳液性。目前发展最快的是苯乙烯-丙烯酸酯乳液型表面施胶剂。在聚合过程中需要加入乳化剂。传统乳化剂都是从乳化阶段到反应过程中再到成品一直存在乳液中,是一种物理乳化过程。因此,传统乳化剂制得的产品中残存着大量游离乳化剂,严重影响耐水性,在成膜过程中,会出现针孔,影响表面施胶性能。同时由于传统乳化剂制得的乳胶粒子间距较大,乳液干燥成膜时间较长,影响干燥效率。同时乳化剂包覆在乳液粒子表面降低了乳液机械稳定性,对离子环境比较敏感,增加了破乳的机率。中国专利CN1546792A中公开了(a)在疏水单体和亲水单体中加入(b)传统复合乳化剂添加(c)各种施胶促进剂、施胶促进剂配合剂和聚硅氧垸类消泡剂的表面施胶剂制备方法,虽然能提高施胶效果,但加入传统乳化剂和较多辅助药剂增加了乳液的离子复杂性,影响了施胶剂的使用效果;美国专利US5240771中,公开了(a)丙烯酸(b)不饱和丙烯酸或酸配(c)水溶性单体(d)其它共聚单体(e)聚乙烯醇乳液聚合得到的表面施胶f」。虽然该表面施胶剂的储存稳定性和施胶性能较好,但其化学稳定性较低,在使用过程中很容易破乳,因而影响其实际应用效果。
发明内容本发明目的在于提供一种新的表面施胶剂及其制备方法,它能消除传统表面施胶剂中残留的乳化剂给应用效果带来的负面影响,且生产的表面施胶剂具有储存稳定性高、施胶效果好、使用过程中性能稳定等优点。为了达到上述目的,本发明提出采用反应型乳化剂来制备造纸表面施胶剂的新工艺。反应型乳化剂带有能参与聚合反应的双键基团,兼有反应性和乳化性。其优点是在乳化阶段能乳化单体,在聚合反应过程中,能与单体完全发生聚合反应而成为乳胶粒子的一部分,因此合成的乳液中没有残留乳化剂分子,从而消除了传统乳化剂带来的不利影响。依据上述构思,本发明采用以下技术方案一种纸张用表面施胶剂及其制备方法,按一定比例加入软硬单体制备具有适宜的玻璃化温度的施胶剂;使用反应型乳化剂制备表面洁净的乳胶粒子,加入丙稀酸酯功能单体增加乳液的成膜性,同时配以一些辅料提高乳液聚合反应的效率。它们的重量配比是主剂硬单体100份软单体40100份功能单体540份辅剂复合乳化剂110份保护胶体110份弓l发剂l8份上述的表面施胶剂制备所用的硬单体为醋酸乙烯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种。上述的表面施胶剂制备所用的软单体为丙烯酸丁酯,丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸二乙基已酯中的一种或几种。上述的表面施胶剂制备所用的功能单体为丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟丙磺酸钠、丙烯酸-2-羟-乙酯中的一种或几种。上述的表面施胶剂制备所用的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯山梨醇单油酸酯中的一种或几种。上述的表面施胶剂制备所用的引发剂为氧化型、或氧化还原复合型,为过硫酸铵、或过硫酸钾/亚硫酸氢钠。制备过程中分以下几个步骤(1)单体乳化将一定量的主单体和功能单体混合加入到有乳化剂的去离子水中,在一定温度和搅拌速度下混合搅拌,制得乳化单体。主单体为醋酸乙烯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种。(2)制备种子乳液将一部分的乳化单体加入到反应釜中,加入一定量的复合引发剂,在适宜的温度下搅拌反应,直到有强的蓝光出现(3)种子乳液聚合在制得的种子乳液粒子基础上,将剩下的乳化单体和引发剂滴加到反应釜中在种子乳液粒子上进行反应。(4)单体和引发剂加完后保温反应两小时,然后降温加入含叔基烷烃的氧化还原引发剂反应,降低残余单体增加单体的转化率,加氨水调节pH值,过滤出料。经检测该表面施胶剂平均粒径为150nm,机械性和离子性稳定,与改性淀粉有极佳的相混性,可与水任意比例稀释,不易破乳,不易絮凝。经应用测试,该法制备的表面施胶剂具有良好的施胶度效果,纸张施胶度和挺度都有大幅度上升,经扫描电镜(SEM)观察该表面施胶剂成膜性能良好,纸张表面平整性好。本发明与现有技术相比,具有以下显而易见的实质性特点和优点1.采用反应性乳化剂替代传统乳化剂本发明使用的反应性乳化剂含碳碳双键和亲水性离子,在反应过程中能与单体反应以化学键的形式结合到乳胶粒子上,亲水性离子溶入在水相中,从而提高了乳液粒子的水溶性,极大地提高了防止破乳的能力;同时还加入与之匹配性好的拥有优秀乳化能力的高分子表面活性剂复合使用,提高乳化能力。2.使用复合引发剂代替单一引发剂,在低温下聚合减少凝胶的产生。本实验使用氧化还原复合引发剂,产生自由基所需要的活化能量少,引发效率高,可以在较低的温度下使单体发生聚合反应。因此在低于一般聚合温度下聚合,能防止爆聚的发生,也能极大地减少凝胶的产生。3.加入富含羟基的丙烯酸酯功能单体,增加乳液成膜性能。该表面施胶剂可单独使用或与表面施胶淀粉复配使用,该表面施胶剂与氧化淀粉的复配比例为l:9920:80,对纸和纸板表面施胶,可大幅度提高纸和纸板的环压强度,显著改善纸和纸板的表面强度和抗水性能。与表面施胶剂相比,该表面施胶剂的粘度较小,因此可以与氧化淀粉糊以大比例充分混合,将该表面施胶剂与氧化淀粉复配使用,发现该表面施胶剂与氧化淀粉有协同作用,纸板挺度的增强作用和耐折性大于单独添加氧化淀粉鸡水溶性热固性树脂;在复配比例为10:90时能使纸张抗水性达到最佳值,应用测试表明抗水性达到同类产品国际先进水平。在采用复配方案一方面可以提高纸板的环压强度和挺度,另一方面可以降低表面施胶剂的成本,提高产品的市场竞争力。具体实施例方式制备实施例一在装有温度计、搅拌器的玻璃瓶中加入IO份壬基酚聚氧化烯醚和150份去离子水在5(TC搅拌20min。再缓慢加入100份醋酸乙烯酯、40份丙烯酸丁酯以及IO份丙烯酸二乙基己酯,逐步提高搅拌速度搅拌乳化lh制得预乳液;加入4份过硫酸铵和40份去离子水混合搅拌形成引发剂溶液;在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计的通氮气的四口反应瓶中加入300份5(TC的去离子水、2份聚乙烯醇、15%的预乳液和10%的引发剂溶液,继续加热搅拌升温至7(TC,反应至乳液出现蓝光时,开始滴加剩余的预乳液和引发剂溶液,控制在2h内加完。反应完成后保温45min,降温至45'C加入适量的氨水调节pH值为6.87.0,过滤出料即可。制备实施例二在装有温度计、搅拌器的玻璃瓶中加入8份十二垸基硫酸钠和180份去离子水在5(TC搅拌20min。再缓慢加入100份苯乙烯、70份丙烯酸甲酯以及35份甲基丙烯酸羟丙磺酸钠,逐步提高搅拌速度搅拌乳化lh制得预乳液;加入2份过硫酸铵和40份去离子水混合搅拌形成引发剂溶液;在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计的通氮气的四口反应瓶中加入400份50。C的去离子水、5份聚乙烯醇,15%的预乳液和10%的引发剂溶液,继续加热搅拌升温至7(TC,反应至乳液出现蓝光时,开始滴加剩余的预乳液和引发剂溶液,控制在2h内加完。反应完成后保温45min,降温至45。C加入适量的氨水调节pH值为6.87.0,过滤出料即可。制备实施例三在装有温度计、搅拌器的玻璃瓶中加入4份十二烷基苯磺酸钠和200份去离子水在5(TC搅拌20min。再缓慢加入100份甲基丙烯酸甲酯、90份丙烯酸乙酯以及20份甲基丙烯酸羟丙磺酸钠,逐步提高搅拌速度搅拌乳化lh制得预乳液;加入8份过硫酸钾和40份去离子水混合搅拌形成引发剂溶液;在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计的通氮气的四口反应瓶中加入400份5(TC的去离子水、2份聚乙烯醇、15%的预乳液和10%的引发剂溶液,继续加热搅拌升温至7(TC,反应至乳液出现蓝光时,开始滴加剩余的预乳液和引发剂溶液,控制在2h内加完。反应完成后保温45min,降温至45t:加入适量的氨水调节pH值为6.87.0,过滤出料即可。制备实施例四在装有温度计、搅拌器的玻璃瓶中加入2份壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵和170份去离子水在5(TC搅拌20min。再缓慢加入100份丙烯腈、70份丙烯酸二乙基已酯以及5份丙烯酸-2-羟-乙酯,逐步提高搅拌速度搅拌乳化lh制得预乳液;加入3份过硫酸氢钾-五硫酸氨钠和40份去离子水混合搅拌形成引发剂溶液;在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计的通氮气的四口反应瓶中加入400份50。C的去离子水、IO份聚乙烯醇、15%的预乳液和10%的引发剂溶液,继续加热搅拌升温至65。C,反应至乳液出现蓝光时,开始滴加剩余的预乳液和引发剂溶液,控制在2h内加完。反应完成后保温45min,降温至45。C加入适量的氨水调节pH值为6.87.0,过滤出料即可。制备实施例五在装有温度计、搅拌器的玻璃瓶中加入5份十二烷基硫酸钠和180份去离子水在5(TC搅拌20min。再缓慢加入100份醋酸乙烯酯、70份丙烯酸甲酯以及10份丙烯酸-2-乙基己酯,逐步提高搅拌速度搅拌乳化lh制得预乳液;加入3份过硫酸钾-亚硫酸氢钠复合引发剂和40份去离子水混合搅拌形成引发剂溶液;在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计的通氮气的四口反应瓶中加入400份50。C的去离子水、8份聚乙烯醇、15%的预乳液和10%的引发剂溶液,继续加热搅拌升温至7(TC,反应至乳液出现蓝光时,开始滴加剩余的预乳液和引发剂溶液,控制在2h内加完。反应完成后保温45min,降温至45-C加入适量的氨水调节pH值为6.87.0,过滤出料即可。.应用实例一制备浓度为8%的氧化淀粉糊,按1.5%的浓度加入合成表面施胶剂,在45'C搅拌使表面胶在氧化淀粉糊中充分混合使用无内施胶原纸纸进行施胶实验,定量为83.49g/m2,,其抗水性能如表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>应用实例二:按实例一制备具有不同玻璃化温度(Tg)的表面施胶剂,制备浓度为5%的氧化淀粉糊,加入不同量的表面施胶剂配制不同浓度的合成表面施胶液,在45。C搅拌使表面胶在氧化淀粉糊中充分混合,使用无内施胶原纸纸进行施胶实验,定量为83.49g/m2,其抗水性能如表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>应用实例三按实例一制备表面施胶剂,制备浓度为10%的氧化淀粉糊,按1.0%的浓度加入合成表面施胶剂,在45。C搅拌使表面胶在氧化淀粉糊中充分混合,使用无内施胶原纸纸进行施胶实验,定量为83.49g/m2,测试纸张耐折度。研究表面,纯氧化淀粉施胶后耐折5次,用自制表面施胶剂与氧化淀粉糊混合施胶耐折8次,用进口胶与氧化淀粉糊混合施胶耐折4次。权利要求1.一种纸张用表面施胶剂,其特征在于制备所用原料由主剂和辅组成,主剂为硬单体、软单体和功能单体,辅剂为复合乳化剂、保护胶体和引发剂。它们的重量配比是主剂硬单体100份软单体40~100份功能单体5~40份辅剂复合乳化剂1~10份保护胶体1~10份引发剂1~8份2.根据权利要求l所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的硬单体为醋酸乙烯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸二乙基已酯中一种或几种。4.根据权利要求1所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的功能单体为丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟丙磺酸钠、丙烯酸-2-羟-乙酯中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵、十二烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯山梨醇单油酸酯中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的保护胶体为聚乙烯醇。7.根据权利要求1所述的表面施胶剂,其特征在于该表面施胶剂所用的引发剂为过硫酸铵、或过硫酸钾/亚硫酸氢钠。全文摘要本发明涉及一种纸张用表面施胶剂的制备方法。纸张用表面施胶剂制备所用的原料由主剂和辅组成,主剂为硬单体、软单体和功能单体,辅剂为复合乳化剂、保护胶体和引发剂。主剂的重量配比是硬单体100份,软单体40~100份,功能单体5~40份;辅剂的重量配比是复合乳化剂1~10份,保护胶体1~10份,引发剂1~8份。与常规乳化剂制备的苯乙烯-马来酸酐表面施胶剂相比,本发明制备的表面施胶剂机械稳定性好,乳液中无残余乳化剂,粒子表面洁净,在施胶干燥过程中不存在乳化剂带来的负面影响;在纸张表面成膜性好,能赋予纸张良好的抗水性和表面平整性;能极大地提高纸张面的挺度和平滑度。文档编号D21H21/16GK101457499SQ20071017228公开日2009年6月17日申请日期2007年12月14日优先权日2007年12月14日发明者丁国际,易玉林,朱勇强申请人:朱勇强
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