一種乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素及其制備方法和應(yīng)用，屬 于聚合物改性工業(yè)添加劑及其制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 造紙工業(yè)是以纖維為原料的化學(xué)加工工業(yè)，在制漿、漂白、抄造及成紙后加工這一 工藝全過(guò)程的各個(gè)階段，均離不開(kāi)各種化學(xué)品的應(yīng)用。它們不僅能賦予紙張各種特殊的優(yōu) 越性能(如抗水性、抗油性、濕強(qiáng)度、干強(qiáng)度、及內(nèi)聚力強(qiáng)度性能等等)，使采用較差的纖維原 料生產(chǎn)出綜合性能更高的紙成為可能；而且能使生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化，紙機(jī)運(yùn)行速度提高，甚至大 幅度減少環(huán)境污染，給造紙工業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0003] 過(guò)程和功能性添加劑通常是水溶性或乳化合成聚合物或樹(shù)脂石油衍生的或改 性得到如淀粉、瓜爾膠粉和纖維素衍生物如羧甲基纖維素由溶解纖維素漿制成的天然 產(chǎn)品。例如中國(guó)專(zhuān)利CN102121207A、CN102603977A、CN103254347A、CN103408702A和 CN103726407A所公開(kāi)的造紙助劑的制備方法。雖然這些紙張干強(qiáng)劑可以改善干紙的強(qiáng)度， 但它們不真正提高濕紙幅的強(qiáng)度。高濕強(qiáng)度是保證紙機(jī)良好運(yùn)行的必要條件。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的這些添加劑的一個(gè)缺點(diǎn)是在增加紙張的干強(qiáng)度的同時(shí)由于對(duì)濕紙幅 的脫水率降低造成對(duì)對(duì)紙機(jī)運(yùn)行，尤其是對(duì)大型高速紙機(jī)速度的影響。這些技術(shù)的添加劑 的另一個(gè)缺點(diǎn)是，對(duì)于高導(dǎo)電率和高含量的陰離子垃圾和膠體物質(zhì)的敏感性。導(dǎo)致聚合物 不能有效吸附在纖維和細(xì)小纖維的表面，由于聚合物吸附在這樣的白水條件下比較差，很 大一部分的聚合物將留存在白水系統(tǒng)是白水濃度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶 纖維素及其制備方法，并且提供乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素作為造紙助劑添加 到紙機(jī)濕部的應(yīng)用，從而提高紙或紙板的干強(qiáng)度、濕強(qiáng)度，并提高紙機(jī)濕部的脫水率從而增 加紙機(jī)運(yùn)行速度，此外還提高首程保留率以減低白水濃度。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下： 提供一種乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素，包括納米結(jié)晶纖維素和用于形成 高分子碳骨架的非離子單體預(yù)聚合形成的聚合物、以及用于引入陽(yáng)電荷的陽(yáng)離子單體預(yù)聚 合形成的聚合物，且所述納米結(jié)晶纖維素、所述非離子單體預(yù)聚合形成的聚合物和所述陽(yáng) 離子單體預(yù)聚合形成的聚合物通過(guò)乙二醛進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)形成嵌段共聚的納米結(jié)晶纖維素 簇； 所述非離子單體選自丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N-異丙 基丙烯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯腈、甲基 丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸十六酯、十八烷基 甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯中的一種或多種； 所述陽(yáng)離子單體選自丙烯酸酯季銨鹽和甲基丙烯酸酯季銨鹽中的一種或多種。所述 丙烯酸酯季銨鹽和甲基丙烯酸酯季銨鹽包括但不限于是：二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯銨 鹽、二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸銨鹽、二甲氨基乙基丙烯酸芐基氯銨鹽、二甲氨基乙基 丙烯酸酯硫酸鹽、二甲基氨基乙基丙烯酸酯鹽酸鹽、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯銨 鹽、二甲氨基乙基甲基丙烯酸甲酯硫酸銨鹽、二甲氨基乙基甲基丙烯酸芐基氯銨鹽、二甲氨 基乙基甲基丙烯酸酯硫酸鹽、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯鹽酸鹽、二甲胺基丙烯酰胺甲基 硫酸銨鹽、二甲胺基丙烯酰胺鹽酸鹽、甲基丙烯酰胺銨氯等。
[0007] 具體優(yōu)選地，所述非離子單體選自丙烯酰胺、N，N_二甲基丙烯酰胺、N，N_二乙基 丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈中的一種或多種；所述陽(yáng)離子單體選自二甲基二烯丙 基氯化銨、丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季銨鹽、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季銨 鹽、丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季銨鹽、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季銨鹽、二甲 氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季銨鹽、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的甲基氯季銨鹽、丙烯酸 二甲胺基乙酯的芐基氯季銨鹽、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的芐基氯季銨鹽、丙烯酸二乙胺 基乙酯的芐基氯季銨鹽、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的芐基氯季銨鹽、二甲氨基丙基丙烯酰 胺的芐基氯季銨鹽、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的芐基氯季銨鹽中的一種或多種。
[0008] 具體優(yōu)選地，所述納米結(jié)晶纖維素的結(jié)晶度不小于90%，長(zhǎng)度不小于100微米，直 徑不大于100納米。
[0009] 具體優(yōu)選地，所述非離子單體預(yù)聚合形成的聚合物分子量為1000~50000道爾 頓，所述陽(yáng)離子單體預(yù)聚合形成的聚合物分子量為1000~50000道爾頓，所述納米結(jié)晶纖 維素簇的分子量為10萬(wàn)到500萬(wàn)道爾頓。
[0010] 本發(fā)明同時(shí)提供了上述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素的制備方法，包括 以下步驟： 步驟一、將納米結(jié)晶纖維素和軟水按質(zhì)量比為（1~20) : 100的比例混合，升溫到 40~60°C攪拌溶解，直至納米結(jié)晶纖維素完全溶解后，降溫至室溫； 步驟二、在室溫下，向步驟一的溶液中，加入非離子單體預(yù)聚合形成的聚合物、陽(yáng)離子 單體預(yù)聚合形成的聚合物、乙二醛和PH緩沖劑，進(jìn)行乙二醛交聯(lián)反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中，用pH緩 沖劑調(diào)節(jié)pH值在7. 5~9. 5范圍內(nèi)控制交聯(lián)反應(yīng)速度； 所述PH緩沖劑選自硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、強(qiáng)酸弱堿鹽、強(qiáng)堿弱 酸鹽中的一種或多種；具體地，所述PH緩沖劑的用量根據(jù)實(shí)際需要確定，使反應(yīng)混合物溶 液的pH值調(diào)節(jié)至7. 5~9. 5之間。
[0011] 步驟三、在步驟二的反應(yīng)過(guò)程中不斷取樣測(cè)粘度，25°C下粘度達(dá)到10~100 mPa?s后，調(diào)節(jié)pH值在3. 0以下停止反應(yīng)，最后加軟水調(diào)整固含量至10wt%~20wt%，即 得所述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素。
[0012] 本發(fā)明還提供了所述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑的 應(yīng)用。
[0013] 具體地，所述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑的應(yīng)用方法 包括以下步驟：原料進(jìn)行疏解、打漿后，加入所述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素的 水溶液，所述乙二醛交聯(lián)聚合物改性納米結(jié)晶纖維素的用量為絕干漿質(zhì)量的〇. 2%~0. 8%， 充分?jǐn)嚢韬蠹纯沙旒埢蚣埌濉?br>[0014] 如美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)US8398901和US7497924所記載的：納米結(jié)晶纖維素天然存在 于植物纖維中；典型的纖維素纖維包括非晶纖維素和結(jié)晶纖維素，納米結(jié)晶纖維素可以通 過(guò)分離結(jié)晶纖維素從植物纖維中獲得。納米結(jié)晶纖維素由于其緊湊的性質(zhì)使結(jié)晶纖維素對(duì) 酸耐水解高，納米結(jié)晶纖維素通常由在酸性條件下水解植物纖維獲得。
[0015] 納米結(jié)晶纖維素是一種強(qiáng)度較高的材料，但由于其小尺寸約束，它作為一種添加 劑在紙制品的用途非常有限，因?yàn)榧{米結(jié)晶纖維素是纖維的一個(gè)極短的子集，他們是通常 直徑遠(yuǎn)小于1微米，它并沒(méi)有足夠的長(zhǎng)度來(lái)協(xié)助對(duì)長(zhǎng)紙纖維的強(qiáng)度品質(zhì)要求；沒(méi)有數(shù)據(jù) 資料表明，這些材料可用于單獨(dú)作為增強(qiáng)劑，以