本发明涉及造纸领域，尤其涉及一种用于造纸行业的多功能润滑剂及其制备方法和应用。
背景技术：
造纸，一项古老的技术，在中国有着悠久的历史，自从东汉蔡伦改进造纸工艺后，纸张开始广泛使用，被誉为中国的四大发明。一直发展到了现在，工艺的娴熟，纸张的需求量也越来越大，随之，人们对于纸张的要求也越来越高，也因此开发了很多特种化学品，包括各种类型的造纸涂料润滑剂，例如硬脂酸钙、氧化聚乙烯蜡系列产品。
但市面上的氧化聚乙烯蜡系列产品，缺乏良好的润湿性，因此纸张的平滑度和光泽度就有所不足，不能满足人们对于纸张的要求。国内文献与专利所述阴离子或非离子改性氧化聚乙烯蜡乳液，为氧化聚乙烯蜡与丙烯酸类单体聚合改进水溶性，再经过皂化、乳化得到。曹春雷专利“一种自乳化蜡的制备方法”为蜡与丙烯酸类单体聚合，经过皂化，并真空脱水得到自乳化蜡，固体形式便于运输，使用时直接熔融后加热水搅拌，无需加乳化剂。但是得到的乳液粒径大，500-4000nm，稳定性较差，粒径大通常会引起纸张表面条痕。
因此本发明专利发明人，针对上述技术问题，旨在发明一种多功能润滑剂及其制备方法和应用。
技术实现要素：
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种多功能润滑剂及其制备方法和应用。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能润滑剂，包括以下重量组分的原料：氧化聚乙烯蜡100份，活性单体5-30份，引发剂0.1-2份，碱5-25份，复合乳化剂0-15份，水150-400份，且所述活性单体包括第一单体和第二单体，所述第一单体为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的至少一种，所述第二单体为衣康酸、柠康酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、丙烯酰胺、苯乙烯中的至少一种。
优选地，所述氧化聚乙烯蜡的酸值为10-40mgkoh/g，分子量1000-4000g/mol。
优选地，所述引发剂为过氧化二苯甲酰。过氧化二苯甲酰，又名过氧化苯甲酰，俗名引发剂bpo，是一种常用的引发剂。
优选地，所述碱为无机碱、有机碱中的至少一种。无机碱一般为氢氧化钠、氢氧化钾等，有机碱一般为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、羟乙基乙二胺、乙二胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺等，而且使用时，可以选择一种，也可以两种混合使用。
优选地，所述复合乳化剂为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂中的至少一种。非离子表面活性剂包括异构十三醇聚氧乙烯醚、aeo系列、span、tween、脂肪胺聚氧乙烯醚等，阴离子表面活性剂一般为k12。
一种多功能润滑剂的制备方法，包括以下步骤：
第一，接枝聚合，在反应釜中通入氮气，然后加入氧化聚乙烯蜡、第一单体及固体状第二单体，同时将液体状第二单体和引发剂混合均匀后加入滴加罐中，反应釜内的搅拌器开启，同时将氧化聚乙烯蜡升温至熔融态，此时开启滴加罐将第二单体和引发剂滴加至反应釜内，滴加完毕后在100-130℃的条件下保温；
第二，中和乳化，按配比将碱、水混合，或者碱、水、复合乳化剂混合，搅拌均匀并升温至80-100℃，在500-1000转/分的搅拌条件下，将第一步中保温的物质加入碱水混合液中，搅拌均匀；
第三，出料，将第二步中的物质降温至45℃，得到多功能润滑剂。
一般操作时，在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的反应釜内通氮气，进行氮气保护，加入氧化聚乙烯蜡、第一单体及固体状第二单体，同时将液体状第二单体同引发剂混合均匀，加入滴加罐，备用。搅拌条件下将氧化聚乙烯蜡升温至90-130℃熔融，滴加罐滴加1-4h，然后在100-130℃保温1-4h。配制碱、水混合液，或者碱、水、复合乳化剂混合液，搅拌并保温在80-100℃备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入碱水混合液中，搅拌20-40min直至均匀。即得到所述涂料润滑剂。降温至45℃以下，出料。
优选地，本发明还公开了多功能润滑剂在造纸中的应用。
本发明一种多功能润滑剂的有益效果是，本发明制备的产品与同类产品相比，通过接枝含磺酸基、羧基的功能性单体，增加了聚乙烯蜡的极性及水溶性，使其更易被乳化，少用或不用乳化剂，即可制备稳定性高的乳液。同时制备的成品粒径小，大约50-500nm。磺酸基、羧基的引入，增强了其对填料、颜料的分散性，使产品既有极优的外部润滑性，又有较强的内部分散润滑作用，纸张的平滑度及光泽度等都得到改善。同时粒径小，比表面积大，在涂料中避免粒径过大引起纸张刮痕，能发挥更好的效果。
一种多功能润滑剂的制备方法的有益效果是，采用市售的氧化聚乙烯蜡和含磺酸基的活性单体在引发剂作用下进行接枝聚合，增加亲水性结构。再将其加入碱、水混合液，或者碱、水、复合乳化剂混合液，一步即可制得成品。乳化分散性、稳定性、润湿性都得到改善，得到高效高稳定性涂料润滑剂。
一种多功能润滑剂在造纸中应用的有益效果是，使用这种多功能润滑剂，使纸张既有极优的外部润滑性，又有较强的内部分散润滑作用，使得纸张的平滑度及光泽度等都得到改善。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，水30g，烯丙基磺酸钠8g，衣康酸4g，备用。将丙烯酸12g、bpo0.25g混合均匀，加入滴加罐，备用。将氧化聚乙烯蜡物料升温至100℃熔融，滴加，1.5h滴加完，然后在110℃保温2h。
配制碱水混合液，将水177g、二乙醇胺25g搅拌均匀，升温至90℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入碱水混合液中，搅拌20min直至均匀。降温至45℃以下，出料。得到所述涂料润滑剂，呈淡黄色半透明液体，含量约40％，粒径约200-300nm。
实施例2
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，水30g，苯乙烯磺酸钠2.5g、烯丙基磺酸钠4.5g，柠康酸3g，备用。将丙烯酸5g、甲基丙烯酸5g、bpo1g混合均匀，加入滴加罐，备用。将氧化聚乙烯蜡物料升温至100℃熔融，滴加，1h滴加完，然后在110℃保温2h。
配制碱水混合液，将水268g、三乙醇胺25g搅拌均匀，升温至90℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入碱水混合液中，搅拌20min直至均匀。降温至45℃以下，出料。得到所述涂料润滑剂，呈淡黄色半透明液体，含量约35％，粒径约200nm。
实施例3
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，水30g，甲基丙烯磺酸钠6g，将丙烯酸10g、苯乙烯5g、bpo0.5g混合均匀，加入滴加罐，备用。将氧化聚乙烯蜡物料升温至110℃熔融，滴加，2h滴加完，然后在110℃保温2h。
配制碱水混合液，将水215g、二乙醇胺17g搅拌均匀，升温至90℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入碱水混合液中，搅拌20min直至均匀。降温至45℃以下，出料。得到所述涂料润滑剂，淡黄色半透明液体，含量约35％，粒径约200nm。
实施例4
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，水30g，烯丙基磺酸钠7g，马来酸酐3g，备用。将丙烯酸15g、bpo0.4g混合均匀，加入滴加罐，备用。将氧化聚乙烯蜡物料升温至110℃熔融，滴加，1.5h滴加完，然后在110℃保温2h。
配制乳化剂液体，将水150g、异构十三醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚各5g、3g，二甲基乙醇胺24g搅拌均匀，升温至90℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入复合乳化剂与水的混合物中，搅拌20min直至均匀。降温至45℃以下，出料。得到所述涂料润滑剂，淡黄色半透明液体，含量约45％，粒径约100-400nm。
实施例5
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，柠康酸5g，苯乙烯磺酸钠7g，马来酸酐6g，备用。投入bpo0.6g。搅拌升温至120℃熔融，保温4h。
配制乳化剂液体，水187g、aeo-9、脂肪胺聚氧乙烯醚、k12各3g、6g、5g，氢氧化钠5g混合搅拌均匀，升温至90℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入复合乳化剂与水的混合物中，搅拌20min直至均匀。得到所述涂料润滑剂，淡黄色半透明液体，含量约40％，粒径约100-200nm。
实施例6
在带有搅拌器、滴加罐、冷凝器、温度计及氮气接口的250ml烧瓶内通氮气，加入氧化聚乙烯蜡100g，柠康酸4g，烯丙基磺酸钠4.5g，备用。将甲基丙烯酸10.5g、苯乙烯5g、bpo1.25g混合均匀，加入滴加罐，备用。搅拌下将氧化聚乙烯蜡物料升温至110℃熔融，滴加单体，2h滴加完，然后在110℃保温2h。
配制乳化剂液体，将水355g、span80、tween80、脂肪胺聚氧乙烯醚各2g、2g、8g，三乙醇胺25g搅拌均匀，升温至95℃保温备用。500-1000rpm搅拌下，将上述保温完毕的氧化聚乙烯蜡接枝物趁热缓慢加入复合乳化剂与水的混合物中，搅拌30min直至均匀。得到所述涂料润滑剂，淡黄色半透明液体，含量约30％，粒径约50-150nm。
对实施例1-6制备的成品进行测试。对比市售商品，采用相同的涂料配方进行涂布，测定所得涂布纸的性能。涂布涂料配方如表1所示，涂布纸性能如表2所示。
表1涂料配方
gcc为重质碳酸钙。用1#涂布棒，将涂料涂布于铜版原纸上，涂布量15g/m2，备用。
压光条件：分别取上述涂布纸样用小型压光机压光两次(4.5mpa,80℃)。备用。采用国标法对纸张进行性能测试。
判定标准：平滑度及光泽度越大效果越好。
表2纸张表面物性
从上述应用结果可以看出：使用本发明实施例1～6制备的润滑剂，与对比例相比，应用于涂料配方，能显著改善涂布纸的平滑度及光泽度。
综上，本发明制备的涂料润滑剂与现有技术制备的涂料润滑剂相比，具有如下特点和优点：通过接枝含磺酸基、羧基的功能性单体，增加了聚乙烯蜡的极性及水溶性，使其更易被乳化，少用或不用乳化剂，即可制备稳定性高的乳液。同时制备的成品粒径小，大约50-500nm。磺酸基、羧基的引入，增强了其对填料、颜料的分散性，使产品既有极优的外部润滑性，又有较强的内部分散润滑作用，纸张的平滑度及光泽度等都得到改善。同时粒径小，比表面积大，在涂料中避免粒径过大引起纸张刮痕，能发挥更好的效果。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。