一种造纸增强剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种造纸增强剂及其制备方法，该造纸增强剂为白色或淡黄色粉末，含水量在15%以下，阳离子取代度在0.03以上，其主要有效成分为淀粉-聚乙烯亚胺接枝共聚物。与常见的造纸增强剂相比，该造纸增强剂应用领域广泛、性能优异，可减少造纸生产过程中的淀粉用量，降低纸厂生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于造纸
，涉及。
技术介绍
我国造纸工业正处于高速发展阶段，由于我国木材资源短缺，当前造纸行业，多采 用草类和废纸回收制浆造纸。然而，利用草类和废纸原料以及填料又会带来强度的损失，为 了满足人们对高档次纸张的需求，造纸增强剂的使用可以解决这些问题。纸张增强剂是用 以增强纸及纸板强度的一类精细化学品，主要用于纸张生产过程中，以提高草浆和废纸为 原料的纸张的强度和耐撕裂度。 增强剂根据效果不同可分为曾干强剂和湿强剂，两者都属于内增强剂，其增强机 理又有所不同。 干增强剂是一种用以增进纤维之间的结合、以提高纸张的物理强度(抗张强度、撕 裂强度和耐破度等)而不影响其湿强度的精细化学品。一般来说，可溶于水并带有氢键的聚 合物均可作为干强助剂。事实上，木材纤维中含有天然的干强剂一一半纤维素。纤维间氢 键结合和静电吸附是纸张具有干强度的原因，特别是氢键结合点多、结合力强，是干强度产 生的主要原因。常见的干强剂为淀粉衍生物(约占总用量的95%)，主要有阳离子淀粉、两性 淀粉等。造纸工业中所应用的淀粉大都为改性淀粉，用量几乎占造纸化学品总量的80%~ 90% 〇 纸和纸板被水浸透后机械强度几乎全部丧失，一般只能保持干纸强度的4~10%，而 有些特种纸如照相原纸、晒图原纸、军用地图纸、钞票纸等不仅有一定的干强要求，而且还 要求被水浸透以后，仍能保持一定的机械强度和特性，为此需加入湿强剂以提高纸张的湿 强度。湿强度是纸被水浸透后仍能保持一定的机械强度和特性。加入湿强剂后，纸张的湿 强度可达到原来干强度的20%~40%。 聚乙烯亚胺（PEI)是目前应用最多、效果得到公认的阳离子型湿强剂，其分子链中含 有多个阳离子基，可与纤维素上的羟基产生强的静电吸附，形成次价力交联网络。 目前，市面上的造纸增强剂大多功能单一，如变性淀粉多只能用于干强剂；聚乙烯亚 胺、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等高分子聚合物用于湿强剂，且大多具有毒性，不宜大量 使用。 中国专利2007100241101公开了一种提高接枝淀粉浆料接枝效率的淀粉预处理 方法，属于纺织轻纱上浆使用的变性淀粉浆料
该专利技术包括淀粉烯丙基醚化预处 理和自由基接枝共聚合两步，通过对淀粉原料进行醚化预处理，在淀粉大分子上引入含有 碳-碳双键的烯丙基原子团，然后将醚化淀粉与乙烯基单体在引发剂作用下进行接枝共聚 合反应，在淀粉大分子上引入接枝支链，制得高接枝效率的接枝淀粉浆料。该专利技术对于改善 淀粉浆料的实用性能，对于降低成本、提高生产效率、提升江沙和匹布的质量有着重要的意 义。 中国专利200810096877X公开了一种对接枝淀粉浆料提高效率的方法，属于变性 淀粉浆料
本专利技术的接枝淀粉浆料的制备包括淀粉的顺丁烯二酸酐酯化预处理 和接枝共聚合两步。淀粉的顺丁烯二酸酐酯化预处理的目的是在淀粉大分子上引入含有 碳-碳双键的顺丁烯二酸酯基原子团，以便在随后与乙烯基单体的接枝共聚合反应中，将 部分均聚物反应转化成接枝共聚合反应，减少均聚物的生成量，有效提高接枝共聚合反应 的接枝效率。 上述两份专利技术应用于纺织轻纱上浆领域，而本专利技术应用于造纸
，两者应 用的领域不同，切入点有所差异，要解决的技术问题也相应的有所区别。
技术实现思路
不同于市面上一般的功能单一的干强剂和湿强剂，本专利技术提供的造纸增强剂既可 用作干强剂，也可用作湿强剂。本专利技术的重点技术在于掌握了引发剂、反应物比例及浓度、 反应温度、体系PH值及反应时间等对淀粉接枝效率的影响，采用半干法、无间断生产工艺， 无废水排放、安全环保，是一条稳定可行的接枝-醚化多重改性淀粉生产工艺。 本专利技术所涉及的造纸增强剂，为白色或淡黄色粉末，含水量在15%以下，阳离子取 代度在〇. 03以上，其主要有效成分为淀粉-聚乙烯亚胺接枝共聚物，该物质具有如下结构 式： 制备这种造纸增强剂的方法是，将淀粉先接枝聚乙烯亚胺，再进行醚化反应。 聚乙烯亚胺与淀粉接枝前，先对聚乙烯亚胺进行预处理，先将乙烯亚胺单体和引 发剂在50°C~60°C预聚反应0· 8 h~I. 5h。 引发剂优选为过硫酸铵和亚硫酸氢钠。 制备过程包括如下步骤： (1) 先加入9~12份乙烯亚胺单体，再加入1. 5~3. 0份蒸馏水作为溶剂，继续加入引 发剂0. 01份~0. 05份，在50°C~60°C预聚反应Ih~I. 5 h，预聚的聚乙烯亚胺的分子量 在50万以下； (2) 向反应罐内加入含水率为46%以下的淀粉乳液和步骤（1)所合成的聚乙烯亚 胺，其按质量比例6~9:3,再加入引发剂和自制催化剂，引发剂用量为反应物料质量的 0. 4±0. 1%，以质量为反应物料的25±3%的去离子水作为溶剂，升温至80°C~90°C进行接 枝共聚反应3±0. 3h，反应过程中pH控制在8. 5~9. 5之间；自制催化剂为Fe3+和CH3CH2OH 且用量为总量的〇. 2±0. 1%，其中，Fe3+和CH3CH2OH之间的用量为1:3~1:1，接枝率在30% 以上，接枝反应的化学反应方程式为： ，(3) 最后再降温至55°C~70°C，缓慢滴加3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵醚化剂 70±5%浓度的水溶液，用量占绝对干淀粉量的8±1%，升温至70°C~80°C，进行醚化反应 Ih~2h，反应过程中控制pH在9. O~10.0 之间，醚化反应的化学反应方程式为：(4) 醚化反应结束后，调节pH为7. 5~8. 5,将反应罐内的产品脱水至水分低于15%，得 到成品。 淀粉优选为马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀粉或木薯淀粉，当淀粉乳 液为马铃薯淀粉乳液时，含水率为38%±2%，马铃薯淀粉乳液和聚乙烯亚胺的用量比例为 7:3〇 反应所用的反应罐为夹套热油循环加热装置，反应过程中严格控制反应体系的含 水量及pH值，接枝共聚反应及醚化反应阶段水含量控制在32%~38%，接枝共聚反应阶段的 pH控制在8. 9~9. 1，醚化反应阶段的pH控制在9. 6 ±0. 1。 对未接枝的淀粉进行阳离子化，阳离子化程度为其取代度DS在0. 03~0. 04之 间，造纸增强剂的主要有效成分为淀粉-聚乙烯亚胺接枝共聚物和阳离子化淀粉。 与常见的造纸增强剂相比，造纸增强剂应用领域广泛、性能优异，可减少造纸生 产过程中的淀粉用量，降低纸厂生产成本。 造纸增强剂有如下特点： (1)有效成分淀粉-聚乙烯亚胺接枝共聚物，兼具阳离子淀粉系列及聚合物高分子系 列造纸增强剂之长，一方面可以与淀粉胶乳很好的共混；另一方面分子中接枝的聚乙烯亚 胺（PEI)含有多个阳离子基团，在纸浆体系中呈阳离子性，能够与纤维素的羟基产生静电 吸引，形成次价力交联网络，使微纤、填料、粘状浆团胶团及溶解有机化合物更好地粘结在 质纤维上，提尚留着率，进而能够有效提尚纸张的表面强度，减少纸张的掉毛掉粉现象，提 高产品的质量档次，尤其适合二次纤维、高速纸机造纸及高档纸张的生产，纸机车速提高 5%~20%，微纤的使用率提高40%~80%。 (2)由于其高分子量及使纤维脱水的功能，本专利技术产品滤水性能得到提高，滤水时 间缩短，干燥更加容易，蒸汽消耗减少，则能量消耗减少社会效益明显。 (3)对未接枝的淀粉进行适度阳离子化，阳离子化淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种造纸增强剂，其特征在于，所述的造纸增强剂为白色或淡黄色粉末，含水量在15%以下，阳离子取代度在0.03以上，其主要有效成分为淀粉‑聚乙烯亚胺接枝共聚物，该物质具有如下结构式：。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹学辉，
申请(专利权)人：东乡县鹤达实业有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36