一種新型表面施膠劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型表面施膠劑，以苯乙烯和丙烯酸烷酯為主要反應單體，分散于乳化劑中，在引發(fā)劑的作用下，于水溶液中聚合而成，其特征在于，所用原料的質(zhì)量比為：苯乙烯單體8-25%，丙烯酸烷酯單體6-20%，0-3%的共聚單體，乳化劑0.2-0.5%，引發(fā)劑0.5-1.5%，水60-75%，且乳化劑中含有10-100%的木質(zhì)素磺酸鈉。本發(fā)明制備表面施膠劑時，以木質(zhì)素磺酸鈉部分或全部替代傳統(tǒng)乳化劑，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，應用于紙張上可大大提高紙張環(huán)壓強度和挺度，使紙張綜合性能更加優(yōu)異；此外，木質(zhì)素磺酸鈉可以由造紙黑液回收的木質(zhì)素經(jīng)磺化而成，經(jīng)濟價廉且有利于環(huán)保。
【專利說明】一種新型表面施膠劑及其制備方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于表面施膠劑【技術領域】，具體涉及一種新型表面施膠劑及其制備方法?！颈尘凹夹g】
[0002]表面施膠劑是通過靜電吸附或共價鍵結合，吸附在紙纖維表面并形成膠膜結構，賦予紙張良好的抗水性、環(huán)壓強度等物理性能，并降低施膠成本。
[0003]現(xiàn)有的表面施膠劑大多采用傳統(tǒng)乳化劑對反應單體進行乳化，例如發(fā)明專利“表面施膠劑”(申請?zhí)?0816596.3，
【公開日】2003年3月12日)和“陽離子核殼共聚苯丙表面施膠劑及其制備方法”(申請?zhí)?01010168738.0，
【公開日】2010年9月8號)提供的表面施膠劑及制備方法。然而采用傳統(tǒng)乳化劑易造成產(chǎn)品凝膠量增多、電解質(zhì)穩(wěn)定性差等問題以及對紙張抗水性、環(huán)壓強度等物理性能等產(chǎn)生負面影響。最近興起的反應型乳化劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)乳化劑雖然能減少這些影響，但存在成本過高的問題。
[0004]造紙黑液是造紙工業(yè)的堿法(燒堿法和硫酸鹽法)制漿工藝產(chǎn)生的廢水，含有大量的木質(zhì)素，呈黑褐色。造紙黑液中含有大量的懸浮性固體、有機污染物和有毒物質(zhì)，直接排放到水體中會造成嚴重的污染。直接排放的主要危害有:含大量纖維、色素和無機鹽的造紙廢水會使水體變黑，并有特殊的惡臭味；含高濃度有機污染物的造紙黑液的生化耗氧量(BOD)可高達5000-40000g/L，會大量消耗水中的溶解氧，影響水質(zhì)；黑液中大量存在的堿性物質(zhì)會使水體的PH值急劇升高，破壞水體環(huán)境的平衡。而事實上，造紙黑液中的木質(zhì)素含有一定數(shù)量的醇羥基、酚羥基、羧基和羰基等官能團，官能團上氧原子的未共用電子對能與金屬離子形成配位鍵，與金屬離子生成螯合物，阻止金屬離子的沉淀，若能對造紙黑液中的木質(zhì)素進行回收利用， 將產(chǎn)生很大的環(huán)境價值和經(jīng)濟價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的一個目的是提供一種穩(wěn)定性好、造價低且有利于環(huán)保的新型表面施膠劑。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供上述新型表面施膠劑的制備方法。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種新型表面施膠劑，以苯乙烯和丙烯酸烷酯為主要反應單體，分散于乳化劑中，在引發(fā)劑的作用下，于水溶液中聚合而成，所用原料的質(zhì)量比為:苯乙烯單體8-25%，丙烯酸烷酯單體6-20%，0-3%的共聚單體，乳化劑
0.2-0.5%，引發(fā)劑0.5-1.5%，水60-75%，且乳化劑中含有10-100%的木質(zhì)素磺酸鈉。
[0008]進一步，乳化劑中含有50-100%的木質(zhì)素磺酸鈉。
[0009]進一步，所述木質(zhì)素磺酸鈉由造紙黑液中回收的木質(zhì)素經(jīng)磺化制得。
[0010]再進一步，乳化劑中還含有C12脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、陰離子型雙子乳化劑、雙季胺鹽陽離子雙子乳化劑、聚乙二醇200單月桂酸酯、聚乙二醇400單硬脂酸酯、聚乙二醇400雙硬脂酸酯、聚乙二醇6000雙硬脂酸酯或單硬脂酸甘油酯中的一種或多種。[0011]進一步，丙烯酸烷酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異丁酯或甲基丙烯酸甲酯。
[0012]再進一步，共聚單體選自甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯腈、N-羥甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨中的一種或多種。
[0013]進一步，引發(fā)劑為由氧化劑、還原劑組成的氧化還原體系，氧化劑與還原劑的重量比為 0.5-8:1。
[0014]再進一步，氧化還原體系為過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉體系、過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉或過氧化氫-硫酸亞鐵體系。
[0015]本發(fā)明提供的上述新型表面施膠劑的制備方法，包括以下步驟:
[0016](I)將80-100%的乳化劑放入反應器中，加入100-130倍量水混合，升溫至70-90°C，攪拌溶解；
[0017](2)將反應單體、剩余的乳化劑、引發(fā)劑中的還原劑與0.2-0.4倍量水混合，攪拌使乳化，配成滴加液A ;
[0018](3)將引發(fā)劑的氧化劑和20-30倍量水混合，配成滴加液B ；
[0019](4)在70_90°C下，采取滴加的方式將滴加液A、B同時加入到步驟(1)的反應器中，并在2.5-4小時內(nèi)滴加完畢，再反應0.5-2小時后，停止反應，降溫至40°C以下，過濾放料即可。
[0020]進一步，步驟(4)中，在85_90°C下將滴加液A、B加入到步驟(1)的反應器中，并在3-4小時內(nèi)滴加完畢，再反應時間為0.5-1小時。
[0021]本發(fā)明旨在利用木質(zhì)素磺酸鈉良好的分散性能且可與單體生成化學鍵結合，以木質(zhì)素磺酸鈉部分或全部替代傳統(tǒng)乳化劑應用于表面施膠劑的制備中，使表面施膠劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，產(chǎn)品施用于紙張表面時，其分子鏈上的各類基團能夠與紙張纖維生成氫鍵、共價鍵結合，同時使紙張表面擁有大量疏水基團，并形成一定厚度的涂布層，從而賦予優(yōu)異的紙張抗水性及環(huán)壓強度等物理性能，使紙張的綜合性能得以提高；此外，本發(fā)明采用的木質(zhì)素磺酸鈉由造紙黑液回收的木質(zhì)素經(jīng)磺化而成，經(jīng)濟價廉且有利于環(huán)保。
【具體實施方式】
[0022]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述。
[0023]本發(fā)明提供的新型表面施膠劑的制備方法中，步驟(2)中可以用少量的乳化劑與反應單體混合以便起到預乳化的作用，當然也可以不進行乳化而將全部乳化劑放入步驟(I)的反應器中。
[0024]另外，步驟(4)中所得產(chǎn)品的固含量通常約為25-30%，實際應用時可根據(jù)需要調(diào)節(jié)固含量。
[0025]本文中，％表示質(zhì)量百分比。
[0026]實施例1
[0027]向反應釜中加入230kg水、1.0kg木質(zhì)素磺酸鈉和1.01^乳化劑0?-10，升溫到70°C,攪拌溶解；將50kg水、2kg亞硫酸氫鈉、IOOkg苯乙烯、IlOkg丙烯酸丁酯、0.3kg木質(zhì)素磺酸鈉和0.2kg 0P-10混合，在120-150r/min的高速攪拌制成乳液，作為滴加液A ;將
2.5kg過硫酸鈉和60kg水混合配成滴加液B ;將反應釜溫度升高到90°C，同時開始滴加滴加液A、B, 3.5h滴加完成，再反應lh，降溫至40°C以下，放料得25-30%固含量的白色乳體。
[0028]實施例2
[0029]向反應釜中加入210kg水、1.5kg木質(zhì)素磺酸鈉和0.3kg羧酸型陰離子雙子乳化齊U，升溫到75°C,攪拌溶解；將65kg水、2kg亞硫酸氫鈉、140kg苯乙烯、90kg丙烯酸丁酯、15kg甲基丙烯酸甲酯、0.25kg木質(zhì)素磺酸鈉和0.2kg乳化劑0P-10混合，在120_150r/min的高速攪拌制成乳液，作為滴加液A ;將2.25kg過硫酸鉀和45kg水混合配成滴加液B ;將反應釜溫度升高到85°C，同時開始滴加滴加液A、B，4h滴加完成，再反應2h，降溫至40°C以下，放料得25-30%固含量的白色乳液。
[0030]實施例3
[0031]向反應爸中加入250kg水、2kg木質(zhì)素磺酸鈉、0.5kg壬基酹聚氧乙烯醚(NP-10),升溫到75°C,攪拌溶解；將60kg水、2kg亞硫酸氫鈉、120kg苯乙烯、90kg丙烯酸丁酯、5kg馬來酸酐、5kg甲基丙烯酸異辛酯、3kg丙烯腈、2kg甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、0.5kg木質(zhì)素磺酸鈉和0.1壬基酚聚氧乙烯醚混合，在130-150r/min的高速攪拌制成乳液，作為滴加液A ;將3kg過硫酸銨和75kg水混合配成滴加液B ;將反應釜溫度升高到85°C，同時開始滴加A、B, 4h滴加完成，再反應lh，降溫至40°C以下，放料得25-30%固含量的白色乳液。
[0032]實施例4
[0033]向反應釜中加入220kg水和2.1kg木質(zhì)素磺酸鈉，升溫到80°C，攪拌溶解；將60kg水、Ikg硫酸亞鐵、150kg苯乙烯、40kg丙烯酸丁酯和0.4kg木質(zhì)素磺酸鈉混合，在130-150r/min的高速攪拌制成乳液，作為滴加液A ;將26kg過氧化氫溶液(質(zhì)量濃度30%)和160kg水混合配成滴加液B ;將反應釜溫度升高到85°C，同時開始滴加A、B, 3.5h滴加完成，再反應lh，降溫至40°C以下，放料得25-30%固含量的微褐色乳體。
[0034]實施例5
[0035]向反應釜中加入220kg水、0.1kg木質(zhì)素磺酸鈉和Ikg聚乙二醇400單硬脂酸酯，升溫到90°C攪拌溶解。將60kg水、1.2kg硫酸亞鐵、55kg苯乙烯、125kg丙烯酸丁酯、0.1kg木質(zhì)素磺酸鈉和0.2kg聚乙二醇400單硬脂酸酯混合,在130-150r/min的高速攪拌制成乳液，作為滴加液A ;將28kg過氧化氫溶液(質(zhì)量濃度30%)和180kg水混合配成滴加液B ;將反應釜溫度升高到90°C，同時開始滴加A、B, 3.5h滴加完成，再反應lh，降溫至40°C以下，放料得25-30%固含量的微褐色乳體。
[0036]以下結合應用例1-5和對比應用例具體說明本發(fā)明實施例1-5制得的表面施膠劑應用于紙張上的優(yōu)異效果。
[0037]應用例I
[0038]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入本發(fā)明實施例1的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0039]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)
6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將所制得的施膠液均勻涂在原紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0040]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):9.02N.m/g ;抗水性能(Cobb值):60g/m2 ;挺度:40g.cm。[0041]應用例2
[0042]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入本發(fā)明實施例2的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0043]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將制得的施膠液均勻涂在原紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0044]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):9.32N.m/g ;抗水性能(Cobb值):56g/m2 ;挺度:41g.cm。
[0045]應用例3
[0046]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入本發(fā)明實施例3的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0047]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將所制得的施膠液均勻涂在原紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0048]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):8.98N.m/g ;抗水性能(Cobb值):55g/m2 ;挺度:39g.cm。
[0049]應用例4
[0050]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入本發(fā)明實施例4的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0051]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將所制得的施膠液均勻涂在原紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0052]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):9.22N.m/g ;抗水性能(Cobb值):61g/m2 ;挺度:37g.cm。
[0053]應用例5
[0054]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入本發(fā)明實施例5的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0055]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將所制得的施膠液均勻涂在原紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0056]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):8.89N.m/g ;抗水性能(Cobb值):58g/m2 ;挺度:44g.cm。
[0057]對比應用例
[0058]用市售表面施膠劑(德國BK)在同樣的條件下進行涂布:
[0059]將40kg氧化淀粉加入反應器中，加260kg水，加熱至90°C糊化，降溫至60°C，加入市售的表面施膠劑2kg，攪拌均勻配制為施膠液。
[0060]將原紙(未施膠的瓦楞原紙，紙張定量130g/m2，施膠度2s，環(huán)壓強度指數(shù)
6.57N.m/g,抗水性能(Cobb值)100g/m2,挺度27g.cm)平鋪在水平涂布機上,一端固定，用涂布棒將所制得的施膠液均勻涂在紙表面(施膠量5g/m2)，在壓光烘干機上烘干，干燥后進行紙張性能測試。
[0061]性能測試結果:紙張環(huán)壓指數(shù):8.81N.m/g ;抗水性能(Cobb值):62g/m2 ;挺度:34g.cm。
[0062]應用例1-5和對比應用例中，原紙施用表面施膠劑前、后的性能對比數(shù)據(jù)見表1。
[0063]表1
[0064]
【權利要求】
1.一種新型表面施膠劑，以苯乙烯和丙烯酸烷酯為主要反應單體，分散于乳化劑中，在引發(fā)劑的作用下，于水溶液中聚合而成，其特征在于，所用原料的質(zhì)量比為:苯乙烯單體8-25%，丙烯酸烷酯單體6-20%，0-3%的共聚單體，乳化劑0.2-0.5%，引發(fā)劑0.5-1.5%，水60-75%，且乳化劑中含有10-100%的木質(zhì)素磺酸鈉。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，乳化劑中含有50-100%的木質(zhì)素磺酸鈉。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，所述木質(zhì)素磺酸鈉由造紙黑液中回收的木質(zhì)素經(jīng)磺化制得。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，乳化劑中還含有C12脂肪醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、陰離子型雙子乳化劑、雙季胺鹽陽離子雙子乳化劑、聚乙二醇200單月桂酸酯、聚乙二醇400單硬脂酸酯、聚乙二醇400雙硬脂酸酯、聚乙二醇6000雙硬脂酸酯或單硬脂酸甘油酯中的一種或多種。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，主反應單體中的丙烯酸烷酯單體為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異丁酯或甲基丙烯酸甲酯。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，共聚單體選自甲基丙烯酸、馬來酸酐、丙烯腈、N-羥甲基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，引發(fā)劑為由氧化劑、還原劑組成的氧化還原體系，氧化劑與還原劑的重量比為0.5-8:1。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種新型表面施膠劑，其特征在于，氧化還原體系為過硫酸鈉-亞硫酸氫鈉體系、過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉或過氧化氫-硫酸亞鐵體系。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的一種新型表面施膠劑的制備方法，包括以下步驟: (1)將80-100%的乳化劑放入反應器中，加入100-130倍量水混合，升溫至70_90°C，攪拌溶解； (2)將反應單體、剩余的乳化劑、引發(fā)劑中的還原劑與0.2-0.4倍量水混合，攪拌使乳化，配成滴加液A ; (3)將引發(fā)劑的氧化劑和20-30倍量水混合，配成滴加液B； (4)在70-90°C下，采取滴加的方式將滴加液A、B同時加入到步驟(I)的反應器中，并在2.5-4小時內(nèi)滴加完畢，再反應0.5-2小時后，停止反應，降溫至40°C以下，過濾放料即可。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種新型表面施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，在85-90°C下將滴加液A、B加入到步驟(I)的反應器中，并在3-4小時內(nèi)滴加完畢，再反應時間為0.5-1小時。
【文檔編號】D21H21/16GK103806332SQ201210439171
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權日:2012年11月6日
【發(fā)明者】謝鵬 申請人:康吉諾（北京）科技有限公司