專利名稱：一種穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造紙技術(shù)領(lǐng)域的施膠劑，特別涉及一種穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，還涉及此穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法。
背景技術(shù)：
烯基琥珀酸酐簡稱ASA，是烯烴與馬來酸酐加成反應的產(chǎn)物，是一種高效的反應型造紙施膠劑，具有反應速率快、施膠效率高等優(yōu)點，廣泛用作多種紙和紙板的施膠劑。在施膠反應中，酸酐基團與纖維素羥基結(jié)合將ASA分子固著在纖維素上，同時使疏水基團在纖維表面定向排列，從而賦予纖維一定的抗水性能。ASA的乳液液滴粒徑要小，并應具備較高的機械穩(wěn)定性，以保證ASA膠料粒子在纖維表面的良好分布。然而，ASA的酸酐基團極易發(fā)生水解，水解反應的結(jié)果不僅會使ASA損失部分施膠作用，而且會破壞ASA乳液穩(wěn)定性，導致乳液聚并或油水分離。因此，ASA的乳液制備技術(shù)尤為關(guān)鍵，同時，應當盡量縮短施膠乳液放置時間，以減少ASA水解產(chǎn)物的生成量并降低其對紙機運行的不利影響。
目前主要利用陽離子淀粉和低分子表面活性劑在施膠之前就地乳化ASA。由于淀粉需要先糊化、冷卻之后再使用，乳化劑用量大，乳化工藝復雜，不易控制，同時表面活性劑的使用降低施膠效率，容易產(chǎn)生氣泡，給抄紙系統(tǒng)帶來泡沫問題。因此，發(fā)展更為簡便、易行的ASA的乳化方法和提高乳化體系對ASA的乳化性能是造紙工業(yè)提高ASA施膠效率的重要途徑。
美國專利US 2008/0277084 Al披露了利用淀粉與丙烯酰胺、季銨鹽、乙二醛三元共聚物共同乳化ASA的方法，乳化得到的ASA乳液施膠效率高，乳化過程中只需低速攪拌即可達到較好的乳化效果。美國專利US 6787574將淀粉、丙烯酰胺和陽離子單體在90°C的水溶液中進行自由基聚合，制備得到陽離子丙烯酰胺與淀粉接枝共聚物，使用該接枝共聚物作為ASA的乳化劑，不僅可以降低乳化劑使用量，降低生產(chǎn)成本，而且所得ASA乳液穩(wěn)定性明顯提高。美國專利US5962555利用紫羅烯聚合物與聚乙烯亞胺的混合物乳化ASA，據(jù)稱紫羅烯聚合物提高施膠效率的同時還具有殺菌的作用。這些發(fā)明雖然制備了穩(wěn)定的ASA乳狀液，但過程中需要添加2%左右的表面活性劑，且乳化劑的用量太高，常為ASA的1 4倍。
公開號為CN101806018A的中國專利利用一種高電荷密度的聚乙烯胺作為乳化劑，可降低乳化劑的質(zhì)量分數(shù)，但需要配用助留劑和穩(wěn)定劑才能獲得較好的穩(wěn)定與施膠效果，乳化ASA所需輸入的物料量仍然很高。公開號為CN101333789A的中國專利利用帶有正電荷的無機納米粒子與帶有負電荷的無機納米粒子混合共同乳化ASA，得到穩(wěn)定的ASA乳狀液，且乳化劑用量少、乳化成本低廉、施膠效果好。但由于兩種無機納米粒子之間的聚集， 所得ASA乳液粒徑較大。發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上烯基琥珀酸酐施膠劑中乳化劑用量大、會降低施膠效率、易產(chǎn)生氣泡等問題，本發(fā)明提供了一種乳化劑用量少、乳化工藝簡單、施膠效率高的穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液。本發(fā)明的另一個目的是提供了所述穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征是包括去離子水、烯基琥珀酸酐、鋰皂石和丙氨酸，其中烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:1 5，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:20 200，丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為1 :2(Γ200。本發(fā)明所涉及的烯基琥珀酸酐為常溫下以液態(tài)形式存在的未經(jīng)乳化的各種用于造紙施膠的烯基琥珀酸酐工業(yè)產(chǎn)品，其與去離子水的質(zhì)量比例優(yōu)選為1:2 3。本發(fā)明所涉及的鋰皂石為市售人工合成的鋰蒙脫石類粘土礦物，其結(jié)構(gòu)和組成與天然鋰蒙脫石類似，但純度高，單分散性好，粒徑遠遠小于普通蒙脫石，單個結(jié)晶體為圓盤狀，直徑25 30nm，厚度為0. 92nm,而且其陽離子交換能力也比蒙脫石高，因此，其比表面積遠遠大于一般的蒙脫石，并具有較高的負電荷，分散于水中即成為膠體。在本發(fā)明中作為制備乳液的主體乳化劑，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的優(yōu)選的質(zhì)量比例為1:50、0。本發(fā)明所涉及的丙氨酸學名氨基丙酸，分子式為C3H7O2N,作為鋰皂石潤濕性的調(diào)節(jié)劑，丙氨酸與鋰皂石的優(yōu)選的質(zhì)量比例為ι :5(Γ100。所述的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，優(yōu)選烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:2，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:60，丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為1 :100，采用這個比例的搭配，得到的施膠乳液的施膠效果最好。所述的穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法，是將鋰皂石用去離子水分散制得鋰皂石膠體，將丙氨酸溶于去離子水中制得丙氨酸水溶液，向鋰皂石膠體中加入丙氨酸水溶液，調(diào)節(jié)為合適的PH得乳化劑，乳化劑與烯基琥珀酸酐混合即得穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液。鋰皂石膠體中鋰皂石的質(zhì)量濃度不大于2wt%。合適的pH值是指pH 5、的范圍，本發(fā)明所涉及的調(diào)節(jié)pH值的酸是指鹽酸、硫酸、 硝酸、醋酸、檸檬酸等任何可以將鋰皂石膠體PH值從堿性調(diào)節(jié)到酸性的無機或有機酸中的一種。在本發(fā)明所涉及的穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法中，乳化劑與烯基琥珀酸酐的混合既可是在攪拌作用下將烯基琥珀酸酐加到乳化劑中，也可是將乳化劑在攪拌下加入到烯基琥珀酸酐中，但優(yōu)選的是將乳化劑加入烯基琥珀酸酐中。本發(fā)明所涉及的穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法中，所涉及的烯基琥珀酸酐與乳化劑分散體系混合后的機械剪切作用可由任何一種攪拌或機械剪切設(shè)備提供，要求攪拌速度400(Γ20000轉(zhuǎn)/分，更優(yōu)選的方案是5000 12000轉(zhuǎn)/分；攪拌時間2 20分鐘，更優(yōu)選的方案是3 10分鐘，以為油狀烯基琥珀酸酐在水中分散成小油滴提供足夠的能量。有益效果本發(fā)明所制備的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液乳化劑用量少，不需要添加任何傳統(tǒng)表面活性劑和高分子聚電解質(zhì)，乳化成本低廉，所制備的乳狀液濃度高、穩(wěn)定性好、施膠效率高；烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液乳化工藝簡單，制備的烯基琥珀酸酐施膠乳液具有高穩(wěn)定性和高施膠效率。具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。除另有指明，實施例中的所有份數(shù)均以重量計，所用的水均為去離子水。
實施例1乳化劑的制備將0. 85份鋰皂石分散于45份水中制得鋰皂石膠體、0. 0042份丙氨酸分散于38份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用醋酸調(diào)節(jié)pH值為8，制備成 ASA乳化劑。
ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 17份，將上述制備的乳化劑加入油狀的ASA中，保持油水比例1 :5，利用高速攪拌設(shè)備于5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化10分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為17%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。
漿內(nèi)施膠效果取100份闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入3份上述 ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約 60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05— 2002)測得手抄片施膠度為78s。
實施例2乳化劑的制備將0. 5份鋰皂石分散于40份水中制得鋰皂石膠體、0. 0033份丙氨酸分散于10份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為5，制備成ASA 乳化劑。
ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 50份，加入上述制備的乳化劑中，保持油水比例1 1，利用高速攪拌設(shè)備于12000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化3分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為50%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。
漿內(nèi)施膠效果取100份闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入1份上述 ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約 60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05— 2002)測得手抄片施膠度為71s。
實施例3乳化劑的制備將0. 31份鋰皂石分散于40份水中制得鋰皂石膠體、0. 0039份丙氨酸分散于35份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6，制備成 ASA乳化劑。
ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 25份，將上述制備的乳化劑加入油狀的ASA中，保持油水比例1 :3，利用高速攪拌設(shè)備于7000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化5分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為25%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速 3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。
漿內(nèi)施膠效果取100份麥闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入2份上述ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05—2002)測得手抄片施膠度為117s。
實施例4乳化劑的制備將0. 66份鋰皂石分散于50份水中制得鋰皂石膠體、0. 0132份丙氨酸分散于17份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用硫酸調(diào)節(jié)PH值為6，制備成 ASA乳化劑。ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 33份，加入上述制備的乳化劑中，保持油水比例1 2，利用高速攪拌設(shè)備于4000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化20分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為33%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。漿內(nèi)施膠效果取100份闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入1. 5份上述ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05—2002)測得手抄片施膠度為83s。實施例5
乳化劑的制備將0. 1份鋰皂石分散于40份水中制得鋰皂石膠體、0. 005份丙氨酸分散于40份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用硝酸調(diào)節(jié)pH值為7，制備成ASA 乳化劑。ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 20份，將上述制備的乳化劑加入油狀的ASA中，保持油水比例1 :4，利用高速攪拌設(shè)備于20000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化2分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為20%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。漿內(nèi)施膠效果取100份闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入2. 5份上述ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05—2002)測得手抄片施膠度為65s。實施例6
乳化劑的制備將0. 55份鋰皂石分散于40份水中制得鋰皂石膠體、0. 0055份丙氨酸分散于27份水中制得丙氨酸水溶液，將上述兩種液體混合，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH值為7，制備成 ASA乳化劑。ASA的乳化稱取工業(yè)品ASA 33份，將上述制備的乳化劑加入油狀的ASA中，保持油水比例1 :2，利用高速攪拌設(shè)備于9000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下攪拌乳化8分鐘。制得的ASA乳液為均一乳白色水包油型(0/W)乳液，ASA的質(zhì)量百分比約為33%，乳液在離心機下離心(轉(zhuǎn)速 3000r/min) IOmin無變化，無相體析出，無破乳現(xiàn)象。漿內(nèi)施膠效果取100份闊葉木漿分散在9900份水中，分散均勻后，加入1. 5份上述ASA乳液、2份Al2 (SO4) 3,混合均勻后形成紙料，并通過快速凱塞法紙頁成型器抄制定量約60g/m2的手抄片，利用液體滲透法(GB/TM05—2002)測得手抄片施膠度為121s。
權(quán)利要求
1.一種穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征是包括去離子水、烯基琥珀酸酐、鋰皂石和丙氨酸，其中烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:1 5，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:2(Γ200，丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為1 :2(Γ200。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征在于烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:2 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征在于鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:50、0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征在于丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為1 :5(Γ100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，其特征在于烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:2，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:60，丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為1 100。
6.一種權(quán)利要求1或2所述的穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液的制備方法，其特征是將鋰皂石用去離子水分散制得鋰皂石膠體，將丙氨酸溶于去離子水中制得丙氨酸水溶液，向鋰皂石膠體中加入丙氨酸水溶液，調(diào)節(jié)PH得乳化劑，乳化劑與烯基琥珀酸酐混合均勻即得穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于鋰皂石膠體中鋰皂石的質(zhì)量濃度不大于2wt%，調(diào)節(jié)ρΗ值為5 8。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于乳化劑與烯基琥珀酸酐的混合既可是在攪拌作用下將烯基琥珀酸酐加到乳化劑中，也可是將乳化劑在攪拌下加入到烯基琥珀酸酐中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于攪拌速度400(Γ20000轉(zhuǎn)/分，攪拌時間2 20分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于攪拌速度5000 12000轉(zhuǎn)/分，攪拌時間3 10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及造紙技術(shù)領(lǐng)域的施膠劑，特別涉及一種穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液，包括去離子水、烯基琥珀酸酐、鋰皂石和丙氨酸，其中烯基琥珀酸酐與水的質(zhì)量比為1:1～5，鋰皂石與烯基琥珀酸酐的質(zhì)量比為1:20~200，丙氨酸與鋰皂石的質(zhì)量比為120~200。制備方法，其特征是將鋰皂石用去離子水分散制得鋰皂石膠體，向鋰皂石膠體中加入丙氨酸水溶液，調(diào)節(jié)pH，與ASA混合均勻即得穩(wěn)定的烯基琥珀酸酐造紙施膠乳液。乳化劑用量少、乳化成本低廉，所制備的乳狀液濃度高、穩(wěn)定性好、施膠效率高。乳化工藝簡單，使所得乳狀液的施膠效率可得到大幅度提高。
文檔編號D21H17/68GK102493276SQ2011104045
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者劉溫霞, 張偉, 王哲, 王慧麗 申請人:山東輕工業(yè)學院