一种造纸用复合乳化稳定剂及其制备方法与流程

1.本发明属于造纸助剂技术领域。更具体地，涉及一种造纸用复合乳化稳定剂及其制备方法。


背景技术：

2.造纸行业中，传统造纸施胶剂乳液通常由表面活性剂充当乳化剂，阳离子高分子类物质为稳定剂。商业化施胶剂乳液中阳离子淀粉用量通常较大，能达到施胶剂有效含量的2～4倍，获得的施胶剂乳液有效成分含量低。同时表面活性剂的使用不利于纸页施胶度的提高。pickering乳液具有的高效、低泡、高稳定性的优势引起造纸工业者的注意，近年来，研究者们围绕固体颗粒稳定的施胶剂乳液开展了大量的研究工作。
3.1903年ramsden发现固体颗粒能吸附于油水界面上稳定乳液，后来pickering对固体颗粒稳定乳液进行了较为系统的研究，由固体颗粒稳定的乳液也被成为皮克林(pickering)乳液。pickering乳液具有好的环境相容性和稳定性，这使之不仅在化学、材料科学等理论研究中具有重要意义，在石油、造纸、日化、食品等工业技术领域也有很重要的应用价值，从而成为多个领域的研究热点。
4.固体颗粒稳定油相形成的pickering乳液具有良好的稳定性，其稳定乳液的机理与传统表面活性剂不同，研究者提出了多种稳定机理。固体颗粒界面吸附形成稳定的乳液，固体颗粒在乳液滴表面形成紧密排布的界面膜，界面膜的空间位阻作用减弱了乳液液滴间的碰撞聚并；同时，固体颗粒吸附在液滴表面使液滴表面电荷相同，增加了乳液液滴之间的静电斥力，这两种因素共同作用提高了乳液的稳定性。
5.然而，由于固体颗粒在液滴表面吸附，虽然可以增加乳液液滴之间的静电斥力并防止乳液液滴之间的碰撞，但是，因为固体颗粒吸附后，导致了乳液液滴的重量增大，因此，在实际使用过程中，尤其是长期存放过程中，容易由于重量增大后，导致乳液液滴沉降，从而使得乳液的稳定性下降。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是克服现有造纸用乳化稳定剂中，添加固体颗粒，利用固体颗粒在乳液颗粒表面的吸附来达到稳定乳液的目的，但是容易由于重量增大后，导致乳液液滴沉降，从而使得乳液的稳定性无法进一步提升的缺陷和不足，提供一种造纸用复合乳化稳定剂及其制备方法。
7.本发明的目的是提供一种造纸用复合乳化稳定剂。
8.本发明另一目的是提供一种造纸用复合乳化稳定剂的制备方法。
9.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
10.一种造纸用复合乳化稳定剂，包括以下重量份数的原料：10
‑
20份碱金属碳酸氢盐、30
‑
40份聚烯丙胺、10
‑
15份生物单糖；
11.所述碱金属碳酸氢盐和所述生物单糖至少部分被所述聚烯丙胺包覆，以形成包覆
表层。
12.上述技术方案通过以碱金属碳酸氢盐、聚烯丙胺和生物单糖三种物质复合，共同作为造纸用乳化稳定剂，在实际使用过程中，由于碱金属碳酸氢盐稳定性较差，使用过程中容易在水溶液中缓慢分解，在释放出二氧化碳气体的同时，产生对应的碱金属碳酸盐，其中，碱金属碳酸盐的产生，可以提高水相的密度，减小水相与乳液颗粒之间的密度差，并且能够增大乳液颗粒周围双电层效应，增加颗粒之间的相互排斥力，减缓颗粒间的凝聚速度，以此，从减缓颗粒间的凝聚速度以及沉降速度的两个方面，提高了乳化能力，改善了乳液的稳定性；其中，二氧化碳气体的产生，可以在乳液颗粒表面形成气膜，进一步降低乳液颗粒的密度，避免因为发生沉降而导致乳液稳定性下降，并且，气膜的存在可以有效避免乳液颗粒之间的团聚；另外，二氧化碳可与聚烯丙胺反应，使聚烯丙胺发生一定程度的交联，并将乳液颗粒限制于三维交联网络结构中，进一步提升稳定性；
13.上述技术方案通过引入生物单糖，生物单糖的存在，可以起到稳定液膜的作用，避免在乳液制备过程中液膜过早破裂引起乳液稳定性的下降，从而为二氧化碳的产生，以及聚烯丙胺交联提供反应时间。
14.进一步地，所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠、碳酸氢钾中的任意一种。
15.进一步地，所述生物单糖为葡萄糖、果糖、半乳糖中的任意一种。
16.进一步地，还包括所述碱金属碳酸氢盐质量5
‑
10％的氢氧化钠；
17.所述氢氧化钠至少部分被所述聚烯丙胺包覆。
18.上述技术方案进一步添加少量的氢氧化钠，利用氢氧化钠溶解放出的热量，加速碱金属碳酸氢盐的分解，从而加快了乳液的稳定。
19.进一步地，还包括所述聚烯丙胺质量1
‑
5％的微晶蜡；
20.所述微晶蜡至少部分分布于所述包覆表层中。
21.上述技术方案通过添加少量微晶蜡，使得产品表面具有一定的疏水性能，避免产品在存放过程中，因为吸湿导致的产品过早分解，从而导致在使用过程中，对乳液稳定性的提升能力下降。
22.一种造纸用复合乳化稳定剂的制备方法，具体制备步骤包括：
23.(1)按重量份数计，依次取10
‑
20份碱金属碳酸氢盐、30
‑
40份聚烯丙胺、10
‑
15份生物单糖；
24.(2)将碱金属碳酸氢盐和生物单糖搅拌混合均匀，得混合料；
25.(3)将混合料与聚烯丙胺混合后，于惰性气体保护状态下，于温度为50℃以下，球磨混合，出料，即得造纸用复合乳化稳定剂。
26.进一步地，所述具体制备步骤还包括：
27.在步骤(2)中，在碱金属碳酸氢盐和生物单糖搅拌过程中，加入碱金属碳酸氢盐质量5
‑
10％的氢氧化钠。
28.进一步地，所述具体制备步骤还包括：
29.在步骤(3)中，先将聚烯丙胺和聚烯丙胺质量1
‑
5％的微晶蜡搅拌混合均匀后，再加入步骤(2)所得混合料，随后于惰性气体保护状态下，于温度为50℃以下，球磨混合。
具体实施方式
30.以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
31.除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
32.实施例1
33.按重量份数计，依次取10份碱金属碳酸氢盐、30份聚烯丙胺、10份生物单糖；所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠；所述生物单糖为葡萄糖；
34.将碱金属碳酸氢盐和生物单糖倒入干燥后的混料机中，并加入碱金属碳酸氢盐质量5％的氢氧化钠，于室温条件下，于转速为600r/min条件下，搅拌混合3h后，出料，得混合料；
35.将聚烯丙胺和聚烯丙胺质量1％的微晶蜡混合倒入干燥后的混料机中，于惰性气体保护状态下，于温度为60℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合3h后，倒入球磨罐中，并向球磨罐中加入混合料，随后按照球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，于自转转速为200r/min，公转转速为400r/min，每隔30min正反向交替运行，交替间隔停机时间为0min，频率为40hz，于惰性气体保护状态下，于温度为49℃，球磨混合4h后，出料，即得造纸用复合乳化稳定剂。
36.实施例2
37.按重量份数计，依次取15份碱金属碳酸氢盐、35份聚烯丙胺、12份生物单糖；所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钾；所述生物单糖为果糖；
38.将碱金属碳酸氢盐和生物单糖倒入干燥后的混料机中，并加入碱金属碳酸氢盐质量8％的氢氧化钠，于室温条件下，于转速为700r/min条件下，搅拌混合4h后，出料，得混合料；
39.将聚烯丙胺和聚烯丙胺质量3％的微晶蜡混合倒入干燥后的混料机中，于惰性气体保护状态下，于温度为70℃，转速为400r/min条件下，加热搅拌混合4h后，倒入球磨罐中，并向球磨罐中加入混合料，随后按照球料质量比为20：1加入氧化锆球磨珠，于自转转速为250r/min，公转转速为500r/min，每隔40min正反向交替运行，交替间隔停机时间为0min，频率为45hz，于惰性气体保护状态下，于温度为45℃，球磨混合5h后，出料，即得造纸用复合乳化稳定剂。
40.实施例3
41.按重量份数计，依次取20份碱金属碳酸氢盐、40份聚烯丙胺、15份生物单糖；所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠；所述生物单糖为半乳糖；
42.将碱金属碳酸氢盐和生物单糖倒入干燥后的混料机中，并加入碱金属碳酸氢盐质量10％的氢氧化钠，于室温条件下，于转速为800r/min条件下，搅拌混合5h后，出料，得混合料；
43.将聚烯丙胺和聚烯丙胺质量5％的微晶蜡混合倒入干燥后的混料机中，于惰性气体保护状态下，于温度为80℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合5h后，倒入球磨罐中，并向球磨罐中加入混合料，随后按照球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，于自转转速为300r/min，公转转速为600r/min，每隔50min正反向交替运行，交替间隔停机时间为0min，频率为50hz，于惰性气体保护状态下，于温度为40℃，球磨混合6h后，出料，即得造纸用复合乳
化稳定剂。
44.实施例4
45.按重量份数计，依次取10份碱金属碳酸氢盐、30份聚烯丙胺、10份生物单糖；所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠；所述生物单糖为葡萄糖；
46.将碱金属碳酸氢盐和生物单糖倒入干燥后的混料机中，于室温条件下，于转速为600r/min条件下，搅拌混合3h后，出料，得混合料；
47.将聚烯丙胺和聚烯丙胺质量1％的微晶蜡混合倒入干燥后的混料机中，于惰性气体保护状态下，于温度为60℃，转速为300r/min条件下，加热搅拌混合3h后，倒入球磨罐中，并向球磨罐中加入混合料，随后按照球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，于自转转速为200r/min，公转转速为400r/min，每隔30min正反向交替运行，交替间隔停机时间为0min，频率为40hz，于惰性气体保护状态下，于温度为49℃，球磨混合4h后，出料，即得造纸用复合乳化稳定剂。
48.实施例5
49.按重量份数计，依次取10份碱金属碳酸氢盐、30份聚烯丙胺、10份生物单糖；所述碱金属碳酸氢盐为碳酸氢钠；所述生物单糖为葡萄糖；
50.将碱金属碳酸氢盐和生物单糖倒入干燥后的混料机中，并加入碱金属碳酸氢盐质量5％的氢氧化钠，于室温条件下，于转速为600r/min条件下，搅拌混合3h后，出料，得混合料；
51.将聚烯丙胺倒入球磨罐中，并向球磨罐中加入混合料，随后按照球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，于自转转速为200r/min，公转转速为400r/min，每隔30min正反向交替运行，交替间隔停机时间为0min，频率为40hz，于惰性气体保护状态下，于温度为49℃，球磨混合4h后，出料，即得造纸用复合乳化稳定剂。
52.对比例1
53.本对比例相比于实施例1而言，区别在于：采用等质量的氯化钠取代碱金属碳酸氢盐，其余条件保持不变。
54.对比例2
55.本对比例相比于实施例1而言，区别在于：采用等质量的淀粉取代生物单糖，其余条件保持不变。
56.对比例3
57.本对比例相比于实施例1而言，区别在于：采用等质量的聚丙烯酰胺取代聚烯丙胺，其余条件保持不变。
58.对实施例1
‑
5及对比例1
‑
3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：
59.分别称取实施例及对比例产品20g，溶解分散于1000ml去离子水中，作为水相，再将akd蜡片于70℃条件下加热熔融后，保温，作为油相，制备油水比为1：7的akd乳液：在70℃恒温水浴条件下，将水相迅速倒入akd油相中，用y18高速乳化机在10000r/min的转速下乳化5min，制得akd乳液。
60.利用马尔文激光粒度仪(nanozs90)测定乳液滴平均粒径1和粒径分布1，再将乳液于室温条件下，静置放置56h后，再次测定乳液滴平均粒径2和粒径分布2，具体测试结果如
表1所示；
61.表1：产品性能测试结果
[0062][0063]
由表1测试结果可知，本发明所得产品用于造纸施胶剂akd乳液稳定时，可以使得乳液保持良好的稳定性能。
[0064]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。