CN116536956B - 基于akd的一体化纸张表面处理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及C08F纸张表面处理剂技术领域，更具体地，本发明提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂及其制备方法。本发明通过向AKD蜡中引入相转移催化剂和贵金属催化剂等助剂，显著提高纸品的表面印刷强度，缩短了熟化时间，完全可以替代桨内施胶剂的使用，减少AKD水解、流失，使纸桨的助剂吸收率大大提高，而且使回水污染减少，既保持纸张优异的抗水性能，又降低环保处理成本，同时少添加了很多助剂，减少了助剂对滤网和毛布的堵塞、污染，延长了成型网和毛布使用寿命，延长清洗周期，为制备一体化纸张表面处理剂提供了一种新策略，扩展了一体化纸张表面处理剂的应用范围。

Description

基于AKD的一体化纸张表面处理剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及C08F纸张表面处理剂技术领域，更具体地，本发明提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂及其制备方法。

背景技术

纸张表面处理剂是众多造纸化学品的一种，是一种提高纸张性能的功能化新材料，是用于提高纸张性能的助剂的总称，包括表面施胶剂、表面纸力增强剂、表面整饰剂、纸张抗水剂及情报纸药剂等。纸张表面处理剂可用来提高施胶效果(耐水性、书写适应性等)、提高表面强度及耐磨性、提高印刷适应性(油墨的转移性、印件浓度、光泽度等)。因此，开发一种更简单高效制备纸张表面处理剂的方法成为近年来研究工作者们研究热点之一。

目前，传统的表面处理工艺包括浆内施胶和表面施胶两道工序。在这两道工序中，除了加入施胶剂，还要加入表面纸力增强剂、表面整饰剂及纸张抗水剂等表面处理剂。上述工序存在以下问题：(1)在网部和压榨部脱水过程中施胶剂容易随白水流失，加重了纸机系统污染程度，易出现纸病以及导致纸机断纸且不利于白水回收和循环利用；(2)施胶剂用量大.成本高；(3)容易产生糊网、毛毯黏脏、黏辊和黏缸等操作故障，操作复杂成本高。

专利公开号为CN110105500A的中国发明专利公开了一种超疏水纸张表面处理剂的制备方法，在本公开专利中向体系中引入含氟型丙烯酸酯单体和乙烯基硬单体，着重解决了现有技术中纸张表面处理剂疏水性不佳的问题，但在其方案中使用了油性引发剂，在制备的过程中，可能会出现糊网、毛毯黏脏、黏辊和黏缸等操作故障，导致纸张表面处理剂的成品率不佳，限制其大规模生产推广。

专利公开号为CN107447593A的中国发明专利公开了一种含氟丙烯酸酯共聚物乳液纸张表面处理剂及其制备方法和应用，在本公开专利中采用含氟丙烯酸酯单体与体系中的其它组分相互作用，着重提升了瓦楞纸透气性、柔软度、机械强度，但其纸张表面处理剂的原料复杂，制备工艺存在步骤繁琐，且对工艺操作要求高，生产时间长等问题。

一体化施胶技术是直接通过表面施胶一次完成施胶，采用一体化施胶技术，通过控制合理的表面施胶工艺。因此，在一体化视角技术的基础上，开发一种对纸张采用表面施胶处理，减少了其他助剂的应用，且成本低、操作工艺简单，同时提升纸张的抗水性、吸收性、表面强度的AKD纸张表面处理剂具有潜在的市场应用价值。

发明内容

为了解释上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂，按重量份计，制备原料包括以下组分：AKD蜡100-180份，相转移催化剂1-46份，贵金属纳米催化剂1-45份，乳化剂300-500份，水800-1100份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述相转移催化剂包括聚醚类化合物、环状冠醚类化合物、季铵盐类化合物中的至少有种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述季铵盐类化合物包括苄基三乙基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基硫酸氢铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、N,N-二甲基氨基亚甲基聚丙烯酰胺中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述贵金属纳米催化剂包括纳米金、纳米银、纳米铂、纳米钯、纳米镧、纳米铈、纳米锆中的至少一种。

作为本发明一种更优选的技术方案，所述贵金属纳米催化剂为纳米金。

作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米金为水性球形纳米金颗粒，粒径为15-25nm。

本申请人发现，当AKD乳液作为纸张的中/碱性施胶，可以显著提升纸张的抗水性，但是其和亲水性的纸浆中的纤维素无法进行有效接触，体系中过量的AKD乳液造成纸张质量差，印刷性能不好，力学性能不佳，严重限制了AKD乳液在纸张表面处理剂领域的应用。为了解决上述问题，本申请人意外发现，当采用AKD蜡作为主原料，向体系中加入十二烷基二甲基苄基溴化铵作为相转移催化剂、纳米金作为贵金属纳米催化剂，尤其当纳米金为水性球形纳米金，粒径为15-25nm时，可以在保证纸张具有优异抗水性的前提下，还增强纸张的表面强度和机械性能。本申请人猜测其可能的原因为，十二烷基二甲基苄基溴化铵的存在提高了水中纤维素分子与AKD分子的碰撞机会，为纤维素分子与AKD分子的反应提供了充分条件，提升了AKD分子与纤维素分子的反应率，其次粒径为15-25nm的水性纳米金在体系中具有优异的相容性，在体系中生产水溶性的纳米金金属络合物，而纳米金金属络合物的存在可以降低AKD分子中LUMO轨道的能量，使得AKD分子更易与纤维素分子发生反应，加快了AKD分子与纸浆体系中的纤维素分子的酯化反应进程，避免使用对纸张质量起负面作用的酸性催化剂，使得体系中的AKD分子充分的与纸浆作用，避免了AKD的过量存在导致纸张质量下降的现象，增强了纸张的表面强度，提升了纸张的综合质量。

作为本发明一种优选的技术方案，所述乳化剂包括木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉、木薯阳离子淀粉、麦类阳离子淀粉、马铃薯阳离子淀粉中的至少一种。

作为本发明一种更优选的技术方案，所述乳化剂为木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为(1.5-2.5)：(0.2-0.8)。

作为本发明一种最优选的技术方案，所述木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为2.2：0.6。

作为本发明一种优选的技术方案，所述一体化纸张表面处理剂的制备原料还包括熟化剂、稳定剂，熟化剂和稳定剂的加入量为AKD蜡加入量的25-35％。

作为本发明一种优选的技术方案，所述熟化剂包括环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物、聚二烯烷基卤化铵类化合物、聚丙烯酰胺类化合物中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物的粘度为100-600cps。

作为本发明一种优选的技术方案，所述稳定剂包括碳酸钙、改性阳离子淀粉、聚氮杂环丙烷、甲壳素、羧甲基纤维素钠、壳聚糖中的至少一种。

作为本发明一种更优选的技术方案，所述稳定剂为碳酸钙、羧甲基纤维素钠，碳酸钙和羧甲基纤维素钠的质量比为(0.3-0.7)：(1.1-1.5)。

作为本发明一种最优选的技术方案，所述碳酸钙和羧甲基纤维素钠的质量比为0.5：1.3。

本发明第二方面提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)向乳化剂中加入AKD蜡，在20-30℃搅拌10-20min，得到混合物A；

(2)向步骤(1)所述的混合物A中加入水、相转移催化剂，经过搅拌、冷却后，得到混合物B；

(3)向步骤(2)所述的混合物B中加入熟化剂、稳定剂、贵金属纳米催化剂后，搅拌70-90min，即得所述一体化纸张表面处理剂。

其中，步骤(2)中搅拌为均质搅拌；

步骤(2)中搅拌的温度为70-80℃，时间为80-90min。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明制备得到的一体化纸张表面处理剂，通过向体系中加入十二烷基二甲基苄基溴化铵和纳米金做催化剂，尤其当纳米金为水性球形纳米金，粒径为15-25nm时，可以在保证纸张具有优异抗水性的前提下，显著提高制品的表面印刷强度，尤其缓解了在空气湿度大于80％地区，纸张易掉毛、掉粉、粘连的现象，同时缩短了熟化时间，成本降低了15-20％；

2、本发明制备得到的一体化纸张表面处理剂，通过向体系中加入质量比为2.2：0.6的木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，在提升AKD蜡在纸浆体系中相容性的同时，还增强了纸张的疏水性，改善了AKD纸张表面处理在纸浆体系中的作用效果，使得助剂的添加量跟现有技术相比减少了50％作用；

3、本发明制备得到的一体化纸张表面处理剂，通过向体系中加入环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物，其可与体系中其它组分相互作用，在保证纸张优异抗水性能的同时，又降低环保处理成本，同时其可以完全替代浆内施胶剂的使用，可以显著减少AKD的水解、流失，使纸浆的助剂吸收率大大提高；

4、本发明制备得到的一体化纸张表面处理剂，通过向体系中质量比为0.5：1.3的碳酸钙和羧甲基纤维素钠，与体系中其它组分相互作用，在提升AKD稳定度的同时，还显著增强纸张的表面强度、挺度、耐折度，避免了向体系中加入AKD乳液、表面施胶剂、改质剤、增强剂，提升了表面处理剂的可控度和成品率，降低了助剂成本；

5、本发明制备得到的一体化纸张表面处理剂，没有加入过多种类的功能化助剂，减少了助剂对设备滤网和毛布的堵塞、污染，盐城了成型网和毛布的使用寿命，延长了设备的清洗周期，适用于工业级的大规模生产使用，为制备一体化纸张表面处理剂提供了一种新策略，扩展了一体化纸张表面处理剂的应用范围。

具体实施方式

实施例

实施例1

实施例1提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂，按重量份计，制备原料包括以下组分：AKD蜡100份、相转移催化剂1份、贵金属纳米催化剂1份、乳化剂300份、熟化剂4份、稳定剂4份，水800份。

所述AKD蜡购自山东豪顺化工有限公司，型号为HS-1160；

所述相转移催化剂为十二烷基二甲基苄基溴化铵，十二烷基二甲基苄基溴化铵的CAS号为7281-04-1；

所述贵金属纳米催化剂为纳米金，购自北京中科雷鸣科技有限公司，为水性球形纳米金颗粒，粒径为20nm；

所述乳化剂为木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为2.2：0.6；所述木质素磺酸钠购自上海庭若化工有限公司，玉米阳离子淀粉购自南通通地生物科技有限公司；

所述熟化剂为环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物，购自无锡市蓝森护发共产品有限公司，型号为LSC-52，粘度为200-500cps；

所述稳定剂为碳酸钙、羧甲基纤维素钠，碳酸钙和羧甲基纤维素钠的质量比为0.5：1.3；

所述碳酸钙的CAS号为471-34-1；羧甲基纤维素钠购自上海外电国际贸易有限公司，型号为CMC2200。

所述一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)向乳化剂中加入AKD蜡，在25℃搅拌15min，得到混合物A；

(2)向步骤(1)所述的混合物A中加入水、相转移催化剂，经过搅拌、冷却后，得到混合物B；

(3)向步骤(2)所述的混合物B中加入熟化剂、稳定剂、贵金属纳米催化剂后，搅拌85min，即得所述一体化纸张表面处理剂。

其中，步骤(2)中搅拌为均质搅拌；

步骤(2)中搅拌的温度为75℃，时间为85min。

实施例2

实施例2提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂，按重量份计，制备原料包括以下组分：AKD蜡180份、相转移催化剂46份、贵金属纳米催化剂45份、乳化剂500份、熟化剂6份、稳定剂6份，水1100份。

所述AKD蜡购自山东豪顺化工有限公司，型号为HS-1160；

所述相转移催化剂为十二烷基二甲基苄基溴化铵，十二烷基二甲基苄基溴化铵的CAS号为7281-04-1；

所述贵金属纳米催化剂为纳米金，购自北京中科雷鸣科技有限公司，为水性球形纳米金颗粒，粒径为20nm；

所述乳化剂为木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为2.2：0.6；所述木质素磺酸钠购自上海庭若化工有限公司，玉米阳离子淀粉购自南通通地生物科技有限公司；

所述熟化剂为环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物，购自无锡市蓝森护发共产品有限公司，型号为LSC-52，粘度为200-500cps；

所述稳定剂为碳酸钙、羧甲基纤维素钠，碳酸钙和羧甲基纤维素钠的质量比为0.5：1.3；

所述碳酸钙的CAS号为471-34-1；羧甲基纤维素钠购自上海外电国际贸易有限公司，型号为CMC2200。

所述一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂的制备方法同实施例1。

实施例3

实施例3提供了一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂，按重量份计，制备原料包括以下组分：AKD蜡150份、相转移催化剂25份、贵金属纳米催化剂10份、乳化剂400份、熟化剂5份、稳定剂5份，水1000份。

所述AKD蜡购自山东豪顺化工有限公司，型号为HS-1160；

所述相转移催化剂为十二烷基二甲基苄基溴化铵，十二烷基二甲基苄基溴化铵的CAS号为7281-04-1；

所述贵金属纳米催化剂为纳米金，购自北京中科雷鸣科技有限公司，为水性球形纳米金颗粒，粒径为20nm；

所述乳化剂为木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为2.2：0.6；所述木质素磺酸钠购自上海庭若化工有限公司，玉米阳离子淀粉购自南通通地生物科技有限公司；

所述熟化剂为环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物，购自无锡市蓝森护发共产品有限公司，型号为LSC-52，粘度为200-500cps；

所述稳定剂为碳酸钙、羧甲基纤维素钠，碳酸钙和羧甲基纤维素钠的质量比为0.5：1.3；

所述碳酸钙的CAS号为471-34-1；羧甲基纤维素钠购自上海外电国际贸易有限公司，型号为CMC2200。

所述一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂的制备方法同实施例1。

对比例1

对比例1具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入相转移催化剂。

对比例2

对比例2具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，所述纳米金的粒径为50nm。

对比例3

对比例3具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入贵金属纳米催化剂。

性能评价

(1)吸收性能测试：

将10公斤实施例1-3、对比例1-3制备得到的一体化纸张表面处理剂在1500mm双胶纸机上采用CNS7298-2009《可勃(Cobb)实验法》利用纸张表面吸收重量测定仪，测试纸张的表面吸收量(Cobb值)，测得数据见表1，Cobb值越小，表明对油墨的吸收效果越好。

其中纸张表面吸收重量测定仪购自英特耐森精密仪器有限公司，型号为HP-XS100。

(2)表面强度测试：

将实施例1-3、对比例1-3制备得到的一体化纸张表面处理剂采用GB/T22837-2008《纸和纸板表面强度的测定(蜡棒法)》，引入GB/T450-2008《纸和纸板试样的采取及试样纵横向、正反面的测定》，通过蜡棒粘附力对试样纸张表面进行破坏来测定纸张的表面强度，测得数据见表1。

表1

Claims (5)

1.一种基于AKD的一体化纸张表面处理剂，其特征在于，按重量份计，制备原料至少包括以下组分：AKD蜡100-180份，相转移催化剂1-46份，贵金属纳米催化剂1-45份，乳化剂300-500份，水800-1100份；

所述相转移催化剂为十二烷基二甲基苄基溴化铵；

所述贵金属纳米催化剂为纳米金；

所述纳米金为水性球形纳米金颗粒，粒径为15-25nm；

所述乳化剂为木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉，木质素磺酸钠、玉米阳离子淀粉的质量比为(1.5-2.5)：(0.2-0.8)。

2.根据权利要求1所述一体化纸张表面处理剂，其特征在于，所述制备原料还包括熟化剂、稳定剂，熟化剂和稳定剂的加入量为AKD蜡加入量的25-35％。

3.根据权利要求2所述一体化纸张表面处理剂，其特征在于，所述熟化剂包括环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物、聚二烯烷基卤化铵类化合物、聚丙烯酰胺类化合物中的至少一种。

4.根据权利要求3所述一体化纸张表面处理剂，其特征在于，所述环氧氯丙烷-二甲胺-乙二胺共聚物的粘度为100-600cps。

5.一种如权利要求2-4任一项所述基于AKD的一体化纸张表面处理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)向乳化剂中加入AKD蜡，在20-30℃搅拌10-20min，得到混合物A；

(2)向步骤(1)所述的混合物A中加入水、相转移催化剂，经过搅拌、冷却后，得到混合物B；

(3)向步骤(2)所述的混合物B中加入熟化剂、稳定剂、贵金属纳米催化剂后，搅拌70-90min，即得所述一体化纸张表面处理剂。