增干強劑及其制備方法,應用該增干強劑的漿料的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種造紙領域使用的增干強劑,其含有聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種與兩性淀粉反應的產物、以及聚丙烯酰胺粉末,該兩性淀粉為陰離子醚化劑和陽離子醚化劑與原淀粉在堿性條件下反應生成。該陰離子醚化劑為一氯乙酸。本發明還提供一種上述增干強劑的制備方法及應用上述增干強劑的紙張漿料。所述的增干強劑能夠和纖維形成良好的穩固的結合,且留著和濾水都得到提高,白水中含量較少,不容易造成白水系統的污染。
【專利說明】增干強劑及其制備方法,應用該增干強劑的漿料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種造紙領域使用的增干強劑及其制備方法,以及應用該種增干強劑的漿料。
【背景技術】
[0002]目前使用的紙張增干強劑主要有原淀粉類和聚丙烯酰胺類。然而因為原淀粉類增干強劑在纖維上的留著相對于其他高分子量聚合物類的增強劑略低,所以在造紙封閉循環系統中長期大量應用容易造成白水污染。而聚丙烯酰胺類增干強劑固含量偏低,粘度較高,易造成漿料體系不穩定而產生凝膠,導致漿料的存放時間較短。
【發明內容】
[0003]有鑒于此,有必要提供一種有效解決上述問題的增干強劑的制備方法。
[0004]另外,還有必要提供一種上述方法所制得的增干強劑。
[0005]此外,還有必要提供一種應用上述增干強劑的漿料。
[0006]一種增干強劑的制備方法,其包括如下步驟:
[0007]取原淀粉加水混合均勻,制得原淀粉液;
[0008]向該原淀粉液中同時添加陽離子醚化劑、陰離子醚化劑和堿,混合均勻反應得到兩性淀粉液,該陰離子醚化劑為一氯乙酸;該陽離子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%_15%,該陰尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%_6%,該堿與陰/陽尚子醚化劑總和的摩爾比為(1.8-2.8): I ;
[0009]向上述兩性淀粉液中添加相對于原淀粉絕干質量3%_8%的樹脂,混合反應,該樹脂為聚酰胺多胺表氯醇樹脂或聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種;
[0010]向上述添加了樹脂的兩性淀粉液中添加相對于原淀粉絕干質量5%-15%的聚丙烯酰胺粉末,保持上述添加了樹脂的兩性淀粉液的溫度為60-80°C,混合反應。
[0011]一種增干強劑,其含有聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種與兩性淀粉反應的產物、以及聚丙烯酰胺粉末,該兩性淀粉為陰離子醚化劑和陽離子醚化劑與原淀粉在堿性條件下反應生成;所述陰離子醚化劑為一氯乙酸;該陽離子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%-15% ;該陰離子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%_6%;聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種的絕干質量為原淀粉絕干質量的3%-8% ;該聚丙烯酰胺粉末的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%-15%。
[0012]一種應用上述增干強劑的漿料,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的0.2%_2%。
[0013]本發明所述的增干強劑具有樹狀分子結構,與纖維間的結合力強,與纖維的卷繞程度強,能夠聚集細小纖維碎片,起到一定的增強效果。所述的增干強劑能夠和纖維形成良好的穩固的結合,且留著和濾水都得到提高,白水中含量較少,不容易造成白水系統的污染。【具體實施方式】
[0014]本發明較佳實施例的增干強劑的制備方法,其包括如下步驟:
[0015](I)制備原淀粉液。
[0016]取一定量的原淀粉,加水混合均勻制成質量百分濃度為30%_60%的原淀粉液。該原淀粉可為馬鈴薯原淀粉、木薯原淀粉、玉米原淀粉或小麥原淀粉中的任一種。
[0017](2)添加醚化劑和堿。
[0018]向上述原淀粉液中同時添加陽離子醚化劑、陰離子醚化劑和堿,混合均勻,然后升溫至60-80°C反應l_3h,制得到兩性淀粉液。
[0019]所述陽離子醚化劑與陰離子醚化劑同時與原淀粉作用,一步法生成兩性淀粉。醚化反應需要堿性環境下才能進行,所述堿為醚化反應提供堿性反應環境。
[0020]添加的陽尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%_15%,添加的陰尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%_6%。該堿與陰/陽離子醚化劑總和的摩爾比為(1.8-2.8): I。
[0021]該陽離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨、2-氯乙基二乙基胺、N_(2、3-環氧丙基)二乙基胺、3-氯-2-羥丙基二乙基叔胺中的一種或一種以上。該陽離子醚化劑對淀粉陽離子化改性(使淀粉帶有銨根基團),陽離子化的淀粉可與帶負電的纖維形成靜電結合。
[0022]所述陰離子醚化劑為一氯乙酸,并以氯乙酸溶液的方式加入。一氯乙酸對淀粉陰離子化改性,可以使淀粉帶有羧甲基基團,陰離子羧甲基和纖維的氫鍵結合強度較高,如此陰離子化的淀粉與纖維的結合效果較好,且更容易在堿性條件下同陽離子淀粉醚化劑一同反應制備兩性淀粉。
[0023]該堿可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、吡啶、磷酸鹽中的一種或一種以上。
[0024](3)添加樹脂。
[0025]向上述兩性淀粉液中添加相對于原淀粉絕干質量3%_8%的樹脂,混合均勻,升溫至90-120°C反應30-60min。該樹脂為聚酰胺多胺表氯醇樹脂(PAE)或聚酰胺聚脲樹脂(PAPU)中的一種或兩種。
[0026]PAE和PAPU具有很多活性基團,共有的如酰胺基、胺基、活性羥基,PAE中還含有氮雜環丁烷功能基和環氧化物功能基,在略堿性環境下和一定溫度下,能夠和淀粉中的-O-和-OH結合,能夠更牢固的與纖維結合,增加紙張強度等性能。
[0027]PAE和PAPU自身具有長鏈段,較高的柔曲性,將它們添加于增干強劑中可促使增干強劑更好地定著于漿料纖維上,增加增干強劑與纖維的結合,以及與纖維結合的均勻分散。
[0028](4)添加聚丙烯酰胺粉末。
[0029]待上述添加了樹脂的兩性淀粉液降溫至60-80°C,向其中添加相對于原淀粉絕干質量5%-15%的聚丙烯酰胺粉末,加水調節總固含量為15%-20%,保持溫度為60-80°C反應30-90min,再冷卻所述混合液,即制得所述增干強劑。該增干強劑的粘度為300-1000cps。
[0030]該聚丙烯酰胺的分子量為20萬-100萬,且可以是陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺或兩性聚丙烯酰胺。
[0031]添加聚丙烯酰胺粉末,可增強增干強劑分子間的鍵合作用及分子鏈的伸展,最主要可增加增干強劑和漿料纖維羥基的結合作用。
[0032]一種上述方法所制得的增干強劑,其含有聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種與兩性淀粉反應的產物、以及聚丙烯酰胺粉末,該兩性淀粉為陰離子醚化劑和陽離子醚化劑與原淀粉在堿性條件下反應生成。該產品增干強劑的特征基團主要為:銨根離子基團,羧甲基基團,氮雜環丁烷功能基,環氧化物功能基,酰胺基團,此外還有胺基,活性羥基。
[0033]該增干強劑的粘度為300-1000cps,外觀呈半透明淡黃色液體。
[0034]該種增干強劑呈兩性特質,帶有柔軟長鏈基團,能夠均勻貫穿纖維之間提供更多的結合點,以及容易和纖維形成較強氫鍵結合的環氧基和銨基。
[0035]該陽離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨、2-氯乙基二乙基胺、N_(2、3-環氧丙基)二乙基胺、3-氯-2-羥丙基二乙基叔胺中的一種或一種以上。
[0036]所述陰離子醚化劑為一氯乙酸,并以氯乙酸溶液的方式加入。
[0037]所述堿性條件使用的堿可為氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、吡啶、磷酸鹽中的一種或一種以上。
[0038]該陽尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%_15%,該陰尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%_6%,該堿與陰/陽離子醚化劑總和的摩爾比為(1.8-2.8): I。
[0039]該聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種的絕干質量為原淀粉絕干質量3%-8%。
[0040]該聚丙烯酰胺粉末的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%_15%。
[0041]一種應用上述增干強劑的漿料,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的0.2%_2%。
[0042]本發明增干強劑的制備方法在兩性淀粉中引入PAE或聚酰胺聚脲樹脂,以及聚丙烯酰胺,增強了增干強劑體系的陽離子性,使其更容易吸附帶負電荷的漿料纖維;另外,向增干強劑體系引入了較為充分的活性基團,形成結合力更強的胺基和纖維羥基的氫鍵結合,此外能夠繼續交聯導致樹脂熟化。
[0043]本發明所述的增干強劑具有樹狀分子結構,與纖維間的結合力強,與纖維的卷繞程度強,能夠聚集細小纖維碎片,起到一定的增強效果。所述的增干強劑能夠和纖維形成良好的穩固的結合,且留著和濾水都得到提高,白水中含量較少,不容易造成白水系統的污染。
[0044]本發明所述的增干強劑具有高濃度低黏度的特點,穩定性好,存放時間長。
[0045]下面通過具體實施例來對本發明進行詳細說明。
[0046]實施例1
[0047]制備增干強劑:取200g的木薯原淀粉,加水配置成質量濃度為40%的原淀粉液,向配置好的原淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量8%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨,之后加入相對于原淀粉絕干質量4%的一氯乙酸溶液,攪拌均勻后,加入40%的氫氧化鈉水溶液,控制氫氧化鈉與醚化劑的摩爾比為2.0: 1,混合攪拌均勻后升溫至80°C反應2h,反應結束后,向經醚化的兩性淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量5%的PAE,升溫至95°C反應40min,之后降溫至80°C,加入分子量為50萬左右的陽離子聚丙烯酰胺粉末,加入量為原淀粉絕干質量的10%,之后加水調節總固含量為15%,反應60min后,溫度降至室溫,制得一種新型紙張增干強劑,其粘度范圍在500-700cpS。
[0048]取質量百分濃度為4.0%的打漿后的漿料(NBKP: LBKP: Broke=15: 65: 20 ;其中LBKP為短纖,NBKP為長纖,Broke為損紙),加水稀釋,混合攪拌均勻得到質量百分濃度為0.3%的漿料;在攪拌下依次向其中加入相對于漿料絕干量25%的填料(固含量25%),1%的陽離子原淀粉(固含量為4%),1.5%的上述增干強劑(固含量為15%,稀釋10倍使用),200ppm的RA(固含量0.2%,陽離子聚丙烯酰胺水溶液),silica原液(固含量為1%,陰離子二氧化硅水溶液,稀釋10倍使用),混合攪拌均勻后抄片,測定紙張其物理性質。
[0049]實施例2
[0050]制備增干強劑:取200g的馬鈴薯原淀粉,加水配置成質量濃度為50%的原淀粉液,向配置好的原淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量5%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨和3%的N-(2、3-環氧丙基)二乙基胺,之后加入相對于原淀粉絕干質量2%的一氯乙酸溶液,攪拌均勻后,加入40%的氫氧化鈉水溶液,控制氫氧化鈉與醚化劑的摩爾比為2.5: 1,混合攪拌均勻后升溫至70°C反應2h,反應結束后,向經醚化的兩性淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量3%的PAE,升溫至120°C反應30min,之后降溫至65°C,加入分子量為40萬左右的陰離子聚丙烯酰胺粉末,加入量為原淀粉絕干質量的15%,之后加水調節總固含量為20%,反應90min后,溫度降至室溫,制得一種新型紙張增干強劑,其粘度范圍在300-600cpso
[0051]參實施例1的方法步驟、工藝參數制備漿料(添加實施例2所制得的增干強劑,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的1.5%),并抄造紙張。
[0052]實施例3
[0053]制備增干強劑:取200g的木薯原淀粉,加水配置成質量濃度為35%的原淀粉液,向配置好的原淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量15%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨,之后加入相對于原淀粉絕干質量6%的一氯乙酸溶液,攪拌均勻后,加入40%的氫氧化鈉水溶液,控制氫氧化鈉與醚化劑的摩爾比為2.8: 1,混合攪拌均勻后升溫至80°C反應2h,反應結束后,向經醚化的兩性淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量8%的PAE,升溫至90°C反應60min,之后降溫至75°C,加入分子量為80萬左右的兩性聚丙烯酰胺粉末,加入量為原淀粉絕干質量的5%,之后加水調節總固含量為15%,反應40min后,溫度降至室溫,制得一種新型紙張增干強劑,其粘度范圍在600-800cps。
[0054]參實施例1的方法步驟、工藝參數制備漿料(添加實施例3所制得的增干強劑,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的1.5%),并抄造紙張。
[0055]實施例4
[0056]制備增干強劑:取200g的木薯原淀粉,加水配置成質量濃度為40%的原淀粉液,向配置好的原淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量8%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨,之后加入相對于原淀粉絕干質量4%的一氯乙酸溶液,攪拌均勻后,加入40%的氫氧化鈉水溶液,控制氫氧化鈉與醚化劑的摩爾比為2.8: 1,混合攪拌均勻后升溫至80°C反應2h,反應結束后,向經醚化的兩性淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量15%的PAPU,升溫至95°C反應40min,之后降溫至80°C,加入分子量為30萬左右的陽離子聚丙烯酰胺粉末,加入量為原淀粉絕干質量的10%,之后加水調節總固含量為15%,反應90min后,溫度降至室溫,制得一種新型紙張增干強劑,其粘度范圍在700-1000cpS。[0057]參實施例1的方法步驟、工藝參數制備漿料(添加實施例3所制得的增干強劑,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的0.2%),并抄造紙張。
[0058]實施例5
[0059]制備增干強劑:取200g的木薯原淀粉,加水配置成質量濃度為40%的原淀粉液,向配置好的原淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量5%的3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨,之后加入相對于原淀粉絕干質量4%的一氯乙酸溶液,攪拌均勻后,加入40%的氫氧化鈉水溶液,控制氫氧化鈉與醚化劑的摩爾比為2.0: 1,混合攪拌均勻后升溫至80°C反應2h,反應結束后,向經醚化的兩性淀粉液中加入相對于原淀粉絕干質量5%的PAPU,升溫至100°C反應60min,之后降溫至80°C,加入分子量為80萬左右的陽離子聚丙烯酰胺粉末,加入量為原淀粉絕干質量的10%,之后加水調節總固含量為20%,反應60min后,溫度降至室溫,制得一種新型紙張增干強劑,其粘度范圍在300-500cpS。
[0060]參實施例1的方法步驟、工藝參數制備漿料(添加實施例3所制得的增干強劑,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的2.0%),并抄造紙張。
[0061]對比例
[0062]參照上述實施例1的方法步驟、工藝參數制備漿料(添加市售普通增干強劑,該市售普通增干強劑的添加量為漿料絕干質量的1.5%),并抄造紙張。
[0063]實施例1-3和對比例所制得紙張的測試結果如下表所示。
[0064]
【權利要求】
1.一種增干強劑的制備方法,其包括如下步驟: 取原淀粉加水混合均勻,制得原淀粉液; 向該原淀粉液中同時添加陽離子醚化劑、陰離子醚化劑和堿,混合均勻反應得到兩性淀粉液,該陰離子醚化劑為一氯乙酸;該陽離子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%-15%,該陰尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%_6%,該堿與陰/陽尚子醚化劑總和的摩爾比為(1.8-2.8):1 ; 向上述兩性淀粉液中添加相對于原淀粉絕干質量3%-8%的樹脂,混合反應,該樹脂為聚酰胺多胺表氯醇樹脂或聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種; 向上述添加了樹脂的兩性淀粉液中添加相對于原淀粉絕干質量5%-15%的聚丙烯酰胺粉末,保持上述添加了樹脂的兩性淀粉液的溫度為60-80°C,混合反應。
2.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:該陽離子醚化劑為3_氣_2_輕丙基-二甲基氣化按、2_氣乙基二乙基胺、N-(2、3_環氧丙基)二乙基胺、3-氯-2-羥丙基二乙基叔胺中的一種或一種以上。
3.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:原淀粉液的質量百分濃度為 30%-60%。
4.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:所述制備兩性淀粉液的步驟需保持原淀粉液的溫度為60-80°C,反應時間為l_3h。
5.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:所述添加聚酰胺多胺表氯醇樹脂或聚酰胺聚脲樹脂的步驟需保持淀粉液的溫度為90-120°C,反應時間為30-60min。
6.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:所述添加聚丙烯酰胺粉末的步驟的反應時間為30-90min。
7.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:該堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、吡啶、磷酸鹽中的一種或一種以上。
8.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:該聚丙烯酰胺的分子量為20 萬-100 萬。
9.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:該丙烯酰胺為陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺或兩性聚丙烯酰胺。
10.如權利要求1所述的增干強劑的制備方法,其特征在于:該增干強劑的粘度為300_1000cps。
11.一種增干強劑,其特征在于:該增干強劑含有聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種與兩性淀粉反應的產物、以及聚丙烯酰胺粉末,該兩性淀粉為陰離子醚化劑和陽離子醚化劑與原淀粉在堿性條件下反應生成;所述陰離子醚化劑為一氯乙酸;該陽尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的5%_15% ;該陰尚子醚化劑的絕干質量為原淀粉絕干質量的2%-6% ;該聚酰胺多胺表氯醇樹脂和聚酰胺聚脲樹脂中的一種或兩種的絕干質量為原淀粉絕干質量的3%-8% ;該聚丙烯酰胺粉末的絕干質量為原淀粉絕干質量的 5%-15%。
12.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:該陽離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基_ 二甲基氣化按、2_氣乙基二乙基胺、N-(2、3_環氧丙基)二乙基胺、3_氣_2_輕丙基二乙基叔胺中的一種或一種以上。
13.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:所述堿性條件使用的堿與陰/陽離子醚化劑總和的摩爾比為(1.8-2.8):1。
14.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:該堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、三乙胺、吡啶、磷酸鹽中的一種或一種以上。
15.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:該聚丙烯酰胺的分子量為20萬-100萬。
16.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:該丙烯酰胺為陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺或兩性聚丙烯酰胺。
17.如權利要求11所述的增干強劑,其特征在于:該增干強劑的粘度為300-1000cps。
18.一種應用權利要求11-17中任意一項所述增干強劑的漿料,該增干強劑的添加量為漿料絕干質量的0.2% -2%。
【文檔編號】C08G81/00GK103469687SQ201210186656
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年6月7日 優先權日:2012年6月7日
【發明者】王仁榮, 張明, 李俊, 王春雁 申請人:金東紙業(江蘇)股份有限公司