一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明提供了一种NaOL?AA二元共聚物表面活性剂及其制备方法和应用。该NaOL?AA二元共聚物表面活性剂由单体油酸钠和单体丙烯酸在引发剂过硫酸铵的作用下通过聚合反应生成，其中油酸钠和丙烯酸的摩尔比为1:(1?4)，引发剂用量为单体总质量的0.5～4.5％，反应介质为水，反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度为10～15％。本发明制备的NaOL?AA二元共聚物表面活性剂与市售低分子脱墨剂相比，其分子量更大，对油墨的分散、捕集及乳化能力更强，可单独使用或与低分子表面活性剂复配后作为脱墨剂进行废纸脱墨，再生出的纸张白度高，残余油墨量少，特别适用于废旧杂志纸的浮选脱墨，具有良好的应用前景。
【专利说明】
一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于废纸脱墨技术领域，涉及一种可用于废纸脱墨的表面活性剂，具体涉 及一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 如今，世界环境不断恶化，森林资源不足，木材原料供应短缺，而造纸的原生材料 成本较高，合理利用废纸显得十分重要。脱墨剂是废纸再生过程的重要助剂。
[0003] 目前国内废纸脱墨剂虽品种多，但其内在化学品大体相同，多为低分子表面活性 剂单一或复配使用。低分子表面活性剂有阴离子型的磺酸盐、脂肪酸盐，非离子型的烷基聚 氧乙烯醚，阳离子型的双酰胺类等。而印刷技术的发展和油墨品质的提高，使脱墨行业面临 巨大挑战，对脱墨剂提出更高的要求。现有的脱墨剂已经不能满足市场的需求，所以开发出 新型、高效、应用范围广的脱墨剂势在必行。
[0004] 共聚物表面活性剂由于其结构特殊，可合成的种类众多，且其分散、乳化、稳泡等 性能均比低分子表面活性剂有所增强。但是，目前有关共聚物脱墨剂的研究极少。共聚物脱 墨剂不仅能够单独使用，还可以和低分子脱墨剂复配使用，两者可进行性能互补，更好地提 高脱墨效果，所以其具有广阔的发展应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂及其制备方法和应 用，该方法简单易行，制得的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂具有良好的脱墨效果。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂，该NaOL-AA二元共聚物表面活性剂由单体油 酸钠和单体丙烯酸在引发剂过硫酸铵的作用下通过聚合反应生成，其中油酸钠和丙烯酸的 摩尔比为1:(1-4)，引发剂用量为单体总质量的0.5~4.5%，反应介质为水，反应体系中单 体油酸钠的质量百分比浓度为10~15%。
[0008] 所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，具体步骤如下：
[0009]将单体油酸钠、单体丙烯酸、引发剂过硫酸铵和水加入到65~105 °C的恒温反应容 器内，待全部加料完成后保温反应2~6h，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后调节反应 体系的pH值至8~9，即得到NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。
[0010]所述的单体油酸钠在使用前先溶解过滤去除杂质，再用质量分数为15~25 %的 NaOH溶液调节其pH值至中性。
[0011] 先将水作为反应介质加入反应容器内，然后将单体油酸钠和单体丙烯酸混合均匀 后分两次进行投料，每次投入一半，每次投料用时85~95min，两次投料间隔55~65min。
[0012] 引发剂过硫酸铵分四次进行投料，在第一次投入单体油酸钠和单体丙烯酸的混合 物时开始第一次投入引发剂，间隔55~65min后第二次投入引发剂，再间隔55~65min后第 三次投入引发剂，再间隔115~125min后第四次投入引发剂，然后再进行保温反应。
[0013]在整个加料过程中以25~30r/min的速度对反应体系进行搅拌。
[0014]在保温反应过程中以50~60r/min的速度对反应体系进行搅拌。
[0015]用质量分数为15~25 %的NaOH溶液调节反应体系的pH值。
[0016]所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂作为脱墨剂在废纸脱墨中的应用。
[0017 ]所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂在制备脱墨剂中的应用。
[0018]相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0019]本发明制备的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂与市售低分子脱墨剂相比，其分子 量更大，对油墨的分散、捕集及乳化能力更强，可单独作为脱墨剂进行废纸脱墨，脱墨效果 好，再生出的纸张白度高，残余油墨少。而且还可与市售低分子脱墨剂进行复配，用于制备 对废纸进行脱墨的脱墨剂，制得的脱墨剂同样具有优于市售脱墨剂的脱墨效果，再生纸张 白度高，残余油墨少，特别适用于废旧杂志纸的浮选脱墨，因此本发明制备的NaOL-AA二元 共聚物表面活性剂具有良好的应用前景，可作为脱墨剂在废纸脱墨中应用，或用于制备其 他脱墨剂。
[0020] 本发明提供的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法简单易行、原料易得，制 备成本较低，制备周期短，反应温度低，所需的反应设备简单常见，易于工业化生产。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提供的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其反应原理如下：
[0022]
[0023]下面以具体实施例对本发明提供的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法作 进一步的详细说明，并对制备出的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的脱墨效果进行测试。 [0024] 实施例1:
[0025] 反应原料:摩尔比为1:1的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的2.0%的引发 剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度 为 15%〇
[0026] 步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为20%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入85°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在25r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时90min)，然后间隔60min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时90min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔60min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔60min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔120min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持25r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在85°C恒温保温反应2h，保温反应过程中以55r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为20%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=9,得到固含量约为20%的黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂，记为脱 墨剂-1。
[0027]脱墨剂-1的红外光谱图中，其主要吸收峰及其归属为：
[0028] 在NaOL的图谱曲线中，3021cm-1处为C = C的特征吸收峰，而在脱墨剂-l(NaOL-AA聚 合物）的红外光谱图中此峰已基本消失，表明该聚合物中的所有单体AA的双键与NaOL中的 双键都参与了聚合反应。在3440CHT 1处为羧基上的一 0H和少量水分中的一 0H发生了缔合，从 而产生了此峰，而2925CHT1和2857CHT1处分别为C一Η的反对称伸缩振动和对称伸缩振动峰， 1572CHT1和Hllcnf1处分别为羧酸盐中C一0的伸缩振动峰和C = 0伸缩振动峰，由以上分析 表明，此脱墨剂-1中含有羧基，并且不存在双键，说明发生了自由基聚合反应，与预期的分 子结构一致。
[0029] 脱墨剂-1的凝胶渗透色谱(GPC)分析中，其分子量及分布为：
[0030] 平均分子量Mn = 3380,重均分子量Mw = 4266,粘均分子量Mp = 4754，Z均分子量Mz = 4467，Z+1均分子量Mz+1 =4615,产物分子量分散系数Mw/Mn = 1.262130。
[0031] 通过以上红外光谱及凝胶渗透色谱分析可以表明，合成产物为预期产物。
[0032] 实施例2:
[0033] 反应原料:摩尔比为1:2的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的1.5%的引发 剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度 为 15%〇
[0034] 步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为20%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入85°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在25r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时90min)，然后间隔60min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时90min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔60min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔60min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔120min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持25r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在85°C恒温保温反应4h，保温反应过程中以55r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为20%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=9,得到固含量约为20%的黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂，记为脱 墨剂-2。
[0035] 实施例3:
[0036] 反应原料:摩尔比为1:2的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的3.0%的引发 剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度 为 15%〇
[0037] 步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为20%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入85°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在25r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时90min)，然后间隔60min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时90min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔60min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔60min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔120min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持25r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在85°C恒温保温反应4h，保温反应过程中以55r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为20%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=9,得到固含量约为20%的黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂，记为脱 墨剂-3。
[0038] 实施例4
[0039] 反应原料:摩尔比为1:3的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的4.0%的引发 剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度 为 13%〇
[0040]步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为15%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入65°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在30r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时85min)，然后间隔55min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时85min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔55min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔55min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔115min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持30r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在65°C恒温保温反应6h，保温反应过程中以60r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为15%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=8，得到黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。
[0041 ] 实施例5
[0042] 反应原料:摩尔比为1:4的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的4.5%的引发 剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度 为 14% 〇
[0043] 步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为25%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入75°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在26r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时95min)，然后间隔65min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时95min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔65min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔65min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔125min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持26r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在75°C恒温保温反应5h，保温反应过程中以56r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为25%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=8.5，得到黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。
[0044] 实施例6
[0045] 反应原料:摩尔比为1:1.5的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的0.5%的引 发剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓 度为10%。
[0046]步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为18 %的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入95°C的恒温三口烧瓶中，将处理过 的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在27r/min的搅拌条件下，向三口烧 瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时88min)，然后间隔58min，再投入剩余一半的 单体混合物(第二次投料耗时88min )，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同时 向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔58min第二次投入四分之一的 弓丨发剂，再间隔58min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔118min第四次投入四分之一的 引发剂，上述所有加料过程中维持27r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全部 滴加完毕后在95°C恒温保温反应3h，保温反应过程中以57r/min的速度对反应体系进行搅 拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为18%的NaOH溶液调节反应体系的 pH=8.2，得到黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。
[0047] 实施例7
[0048] 反应原料:摩尔比为1:2.5的单体油酸钠和单体丙烯酸、单体总质量的1.0%的引 发剂过硫酸铵，余量为去离子水(反应介质），其中反应体系中单体油酸钠的质量百分比浓 度为12%。
[0049] 步骤:先将单体油酸钠溶解过滤除去杂质，并用质量分数为22%的NaOH溶液调节 至中性，然后以去离子水作为反应介质，将去离子水加入l〇5°C的恒温三口烧瓶中，将处理 过的单体油酸钠(NaOL-AA)和单体丙烯酸(AA)混合均匀，在28r/min的搅拌条件下，向三口 烧瓶中投入一半的单体混合物(第一次投料耗时92min)，然后间隔62min，再投入剩余一半 的单体混合物（第二次投料耗时92min)，并且在第一次向三口烧瓶中投入单体混合物的同 时向三口烧瓶中投入四分之一的引发剂过硫酸铵，加完后间隔62min第二次投入四分之一 的引发剂，再间隔62min第三次投入四分之一的引发剂，再间隔122min第四次投入四分之一 的引发剂，上述所有加料过程中维持28r/min的速度对反应体系进行持续搅拌。当引发剂全 部滴加完毕后在l〇5°C恒温保温反应3.5h，保温反应过程中以58r/min的速度对反应体系进 行搅拌，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后用质量分数为22 %的NaOH溶液调节反应体 系的pH=8.8，得到黄色透明液体即为NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。
[0050] 下面对本发明制备出的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的脱墨效果进行测试。 [0051]进行测试的脱墨剂：
[0052]将FEMM(脂肪酸甲酯乙氧基化物）、脱墨剂-1、脱墨剂-2、脱墨剂-3、复配脱墨剂-1、 复配脱墨剂-2、复配脱墨剂-3、市售脱墨剂-UXTDM型脱墨剂，青州市鑫帝化工有限公司）和 市售脱墨剂_2(TM型脱墨剂，图们市方正化工助剂厂)分别单独作为脱墨剂，进行废纸脱墨 实验。
[0053] 其中，复配脱墨剂-1为按质量比为1: 2将脱墨剂-3和FEMM混合后得到的；复配脱墨 剂-2为按质量比为1:2:1将脱墨剂-3、FEMM和市售脱墨剂-1混合后得到的;复配脱墨剂-3为 按质量比为1:2:1将脱墨剂-3、FEMM和市售脱墨剂-2混合后得到的。
[0054] 脱墨工艺：
[0055] 1.废纸:称取20g废期刊纸，撕成2cm X 2cm的碎片，充分混合均匀备整个实验过程 使用。
[0056] 2.工艺参数:碎浆浓度6%，碎浆温度60°C，碎浆时间30min，熟化温度60°C，熟化时 间30min，稀释浓度1.5%。
[0057] 3.脱墨药品及其用量：
[0058] NaOH绝干废纸质量的1 %
[0059] 他3丨03绝干废纸质量的3%
[0060]脱墨剂绝干废纸质量的0.2 %
[0061] 4.脱墨方法:先将上述脱墨药品加入60°C水中，搅拌溶解后加入待脱墨的废纸片， 在一定速度下碎浆30min，然后保温熟化30min，熟化结束后，再将纸浆依次进行浮选、抄片， 烘干，抄片定量为60±3g/nf2,在105±3°C的烘箱中烘干后进行检测。
[0062]脱墨结果：
[0063] FEMM、脱墨剂_1、脱墨剂_2、脱墨剂_3、复配脱墨剂_1、复配脱墨剂_2、复配脱墨剂- 3、市售脱墨剂-1和市售脱墨剂-2的脱墨效果对比如表1所示。其中白度采用YZ-Q-48B型白 度测定仪测定，残余油墨量用AutoSpec软件测定。
[0064]表1脱墨效果对比结果
[0067] 从表1可以看出本发明制备的脱墨剂-3的脱墨效果高于FEMM及市售脱墨剂，并且 复配脱墨剂-1、复配脱墨剂-2脱墨后的再生纸张白度也高于用FEMM、市售脱墨剂-1和市售 脱墨剂-2脱墨后的再生纸张白度，且用本发明制备的脱墨剂-2、脱墨剂-3、复配脱墨剂-1、 复配脱墨剂-2脱墨后的纸张残余油墨量明显低于用FEMM、市售脱墨剂-1和市售脱墨剂-2脱 墨后纸张上的残余油墨量。这是因为通过聚合条件的优化，本发明提供的NaOL-AA二元共聚 物表面活性剂与市售脱墨剂相比其分子链更长，从而对油墨有更好地分散、乳化、捕集及洗 涤能力。本发明制备的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂不仅可以单独作为脱墨剂用于废纸 脱墨，脱墨效果好，纸张白度高，残余油墨量少。而且还可与市售低分子脱墨剂进行复配使 用，通过共聚物表面活性剂及低分子表面活性剂性能的协同作用，制得的复配脱墨剂有更 佳的脱墨效果，其再生纸张白度更高，残余油墨更少。因此，本发明提供的NaOL-AA二元共聚 物表面活性剂具有更好的应用前景。
【主权项】
1. 一种NaOL-AA二元共聚物表面活性剂，其特征在于：该NaOL-AA二元共聚物表面活性 剂由单体油酸钠和单体丙烯酸在引发剂过硫酸铵的作用下通过聚合反应生成，其中油酸钠 和丙烯酸的摩尔比为1:(1-4)，引发剂用量为单体总质量的0.5~4.5%，反应介质为水，反 应体系中单体油酸钠的质量百分比浓度为10~15%。2. 权利要求1所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于，具体步 骤如下： 将单体油酸钠、单体丙烯酸、引发剂过硫酸铵和水加入到65~105 °C的恒温反应容器 内，待全部加料完成后保温反应2~6h，反应结束后静置、自然冷却至室温，然后调节反应体 系的pH值至8~9，即得到NaOL-AA二元共聚物表面活性剂。3. 根据权利要求2所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于:所 述的单体油酸钠在使用前先溶解过滤去除杂质，再用质量分数为15~25 %的NaOH溶液调节 其pH值至中性。4. 根据权利要求2所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于：先 将水作为反应介质加入反应容器内，然后将单体油酸钠和单体丙烯酸混合均匀后分两次进 行投料，每次投入一半，每次投料用时85~95min，两次投料间隔55~65min。5. 根据权利要求4所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于：弓丨 发剂过硫酸铵分四次进行投料，在第一次投入单体油酸钠和单体丙烯酸的混合物时开始第 一次投入引发剂，间隔55~65min后第二次投入引发剂，再间隔55~65min后第三次投入引 发剂，再间隔115~125min后第四次投入引发剂，然后再进行保温反应。6. 根据权利要求2所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于:在 整个加料过程中以25~30r/min的速度对反应体系进行搅拌。7. 根据权利要求2所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于:在 保温反应过程中以50~60r/min的速度对反应体系进行搅拌。8. 根据权利要求2所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂的制备方法，其特征在于：用 质量分数为15~25 %的NaOH溶液调节反应体系的pH值。9. 权利要求1所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂作为脱墨剂在废纸脱墨中的应用。10. 权利要求1所述的NaOL-AA二元共聚物表面活性剂在制备脱墨剂中的应用。
【文档编号】C08F220/64GK105968936SQ201610312852
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】张昌辉, 马燕, 游群杰
【申请人】陕西科技大学