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CN108086047A - 一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法 - Google Patents

一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，包括以下步骤：将碳酸氢铵加入水配成碳酸氢铵溶液；将碳酸氢铵溶液升温至30‑70℃；在搅拌作用下，将碱式硫酸锆加入到碳酸氢铵溶液，碱式硫酸锆与碳酸氢铵的质量比为1：0.5－0.8；反应1‑12小时后，过滤，得到的滤液即为高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂。本发明中的高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂，可以根除脲醛树脂(UF)，改性三聚氰铵甲醛树脂(MF)和乙二醛(Glyoxal)等交联剂因残留甲醛等有毒有机物造成对人体和环境的缺陷；碳酸锆铵是以阴离子羟基化锆聚合物存在，对羟其、羧基等有机物具有较强的结合力，碳酸锆铵具有较高的化学活性，在交联固化中无需加热。

Description

一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机抗水剂领域，具体是一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法。
背景技术
我国从上个世纪90年代以来，成世界最大的纸张生产和消费国家，但是由于纸品质量和档次上不去，造成产品大量积压，这是我国造纸业面临严峻问题。合理使用包括抗水剂在内的造纸助剂是改善纸品质量有效途径，在涂布纸张中主要成份为颜料、胶粘剂，通常还要加入能赋予产品特殊性能，或使加工操作正常进行的分散剂、抗水剂、润滑剂等。为使纸张表面具有防水或抗水性能，除了在原纸中添加抗水性物质或强化内部施胶外，最根本最直接的办法是在涂料中加入抗水剂，使纸面涂层获得良好的抗水性能。目前造纸常用的抗水剂主要包括氨基树脂类，如脲醛树脂(UF)，改性三聚氰铵甲醛树脂(MF)等；无机盐类，如碳酸锌铵、碳酸锆钾等；以及聚酰胺环氧树脂类，如聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PPE)等。但是脲醛树脂(UF)、改性三聚氰铵甲醛树脂(MF)和乙二醛(Glyoxal)等交联剂存在残留甲醛等有毒有机物，会对人体和环境造成影响，因而又限制了抗水剂的使用。目前，市售的碳酸锆铵大多采用氧氯化锆或碳酸锆来制备碳酸锆铵，氧氯化锆制备的碳酸锆铵固含量为10％左右，有效成份低，而碳酸锆制备的碳酸锆铵的成本较高，原料质量要求较高.
发明内容
本发明的目的在于提供一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳酸氢铵加入水配成碳酸氢铵溶液；
(2)将碳酸氢铵溶液升温至30-70℃；
(3)在搅拌作用下，将碱式硫酸锆加入到碳酸氢铵溶液，碱式硫酸锆与碳酸氢铵的质量比为1：0.5－0.8；
(4)反应1-12小时后，过滤，得到的滤液即为高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂。
作为本发明进一步的方案：在步骤(1)中所述碳酸氢铵溶液中，碳酸氢铵的质量百分数为50-80％。
作为本发明再进一步的方案：在步骤(4)中所述碳酸锆铵交联抗水剂pH值为9-10。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中的高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂，可以根除脲醛树脂(UF)，改性三聚氰铵甲醛树脂(MF)和乙二醛(Glyoxal)等交联剂因残留甲醛等有毒有机物造成对人体和环境的缺陷；碳酸锆铵是以阴离子羟基化锆聚合物存在，对羟其、羧基等有机物具有较强的结合力，碳酸锆铵具有较高的化学活性，在交联固化中无需加热；作为纸张涂料的交联剂，在涂料干燥过程中迅速固化，可节省大量热，并能提高车速，增加产量；另外，碳酸锆铵在高pH值环境中不失效，特别适用于碳酸钙等弱碱性颜料；而且其用量少，最适合淀粉/苯丙胶乳或聚乙烯醇等涂料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1：
一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将158g碳酸氢铵加入140ml水配成53％碳酸氢铵溶液；
(2)将溶液放至50℃的水浴中，待碳酸氢铵溶液到50℃；
(3)在搅拌作用下，将300g碱式硫酸锆(Zr(Hf)O2:质量含量40.1％)加入到碳酸氢铵溶液；
(4)反应6小时后，过滤，得到的滤液即为高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂，其Zr(Hf)O2,质量百分数为20.1％，pH：9.2,产品含固量为36.8％。
实施例2:
一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将180g无水碳酸氢铵加入120ml水配成60％碳酸氢铵溶液；
(2)将溶液放至30℃的水浴中，待碳酸氢铵溶液到30℃；
(3)在搅拌作用下，将300g碱式硫酸锆(Zr(Hf)O2:质量含量40.3％)加入到碳酸氢铵溶液；
(4)反应12小时后，过滤，得到的滤液即为高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂，其Zr(Hf)O2,质量百分数为20.7％，pH：9.1,产品含固量为37.1％。
实施例3
一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，包括以下步骤：
(1)将240g无水碳酸氢铵加入60ml水配成碳酸氢铵溶液配成80％碳酸氢铵溶液；
(2)将溶液放至70℃的水浴中，待碳酸氢铵溶液到40℃；
(3)在搅拌作用下，将300g碱式硫酸锆(Zr(Hf)O2:40.1％)加入到碳酸氢铵溶液；
(4)反应1小时后，过滤，得到的滤液即为碳酸锆铵交联抗水剂，其Zr(Hf)O2,质量百分数为20.1.0％，pH：9.5,产品含固量为36.9.7％。
实施例4耐水性测试
为了检验本发明方法制备的高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂是否具有优异的耐水性，将本发明高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂跟涂料混合后对纸张进行涂布，再对涂布纸进行耐水性测试。
其中，涂料按照造纸涂料配方配制，为重质碳酸钙浆料、瓷土粉末以及羧基丁苯胶乳的混合物。
涂料的具体配制方法如下：
(1)将瓷土分散成乳液，固含量50％(质量比)；分散剂为分子量为2000万的聚丙烯酰胺，添加分散剂的量为：分散剂绝干量为瓷土绝干量的0.09％(质量比)，高速分散15分钟，保持一定深度的搅拌漩涡；
(2)按瓷土和碳酸钙绝干量比例为40∶60(质量比)，将瓷土和固含量60％碳酸钙乳液混合，高速分散；
(3)加入固含量55％的羧基丁苯胶乳，并充分分散；胶乳添加量为：碳酸钙与瓷土绝干量合量∶胶乳绝干量＝100∶13(质量比)；
(4)该涂料含固量为60％(质量比)，用氢氧化钠溶液调节该涂料pH至8-9。
测试方法：
(1)分别按涂料绝干含量的0.6％(质量比)，分别加入实施例1所述碳酸锆铵抗水剂、实施例2所述碳酸锆铵抗水剂、实施例3所述碳酸锆铵抗水剂、乙二醛抗水剂、脲醛树脂(UF)抗水剂、市售碳酸锆铵抗水剂，以及纯涂料的空白对照；
(2)对未涂覆的纸张进行涂布，并在105℃下干燥120秒；
(3)将干燥好的纸样切成6张边长为40mm的正方形试样，将试样的四边折起，做成底约为40mm×40mm的盒子，其中将涂覆抗水剂面向上，备用，做液体渗透测试。
液体渗透测试步骤：
(1)在烧杯倒入适量的1％硫氰酸铵溶液；
(2)将上述盒子浮置于硫氰酸铵溶液的液面上；
(3)同时用滴管在距盒子底部约1cm处滴入1滴质量分数1％的三氯化铁溶液，并同时开始计时；
(4)当三氯化铁溶液中刚一出现红点时停止计时，记录时间准确至1s。
重复上述步骤直至测试全部片纸样，计算平均的渗透时间(s)，时间越长，表示耐水性越好。结果如表1。
表1渗透性能测试表
与市售碳酸锆铵抗水剂的对比质量情况如表2：
表2本发明与市售碳酸锆铵抗水剂对比情况
样品 成本 固含量 渗透性能/s
本发明 低 36.8％ 85.5
市售碳酸锆铵抗水剂 高 29.02％ 76.3
从实施例4可以看出，本发明合成的碳酸锆铵抗水剂产品性能明显优于乙二醛抗水剂及脲醛树脂抗水剂及现有市售碳酸锆铵抗水剂,而且在成本上较现有碳酸锆铵工艺低，固含量较现有工艺高，产品性能也较现要好。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤:
(1)将碳酸氢铵加入水配成碳酸氢铵溶液；
(2)将碳酸氢铵溶液升温至30-70℃；
(3)在搅拌作用下，将碱式硫酸锆加入到碳酸氢铵溶液，碱式硫酸锆与碳酸氢铵的质量比为1：0.5－0.8；
(4)反应1-12小时后，过滤，得到的滤液即为高固含量的碳酸锆铵交联抗水剂。
2.根据权利要求1所述的一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，其特征在于，在步骤(1)中所述碳酸氢铵溶液中，碳酸氢铵的质量百分数为50-80％。
3.根据权利要求1所述的一种高固含量碳酸锆铵交联抗水剂及其制备方法，其特征在于，在步骤(4)中所述碳酸锆铵交联抗水剂pH值为9-10。
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