羟烷基阳离子瓜尔胶一步泥浆制备方法技术

本发明专利技术公开了羟烷基阳离子瓜尔胶的制备方法以及该羟烷基阳离子瓜尔胶用作纸浆助留助滤剂的应用。其制备方法是先将未经纯化的瓜尔胶原粉分散在低碳醇／水溶液中，在强碱性催化剂的条件下浸泡，然后加入阳离子醚化剂，进行瓜尔胶阳离子接枝反应，再加入相转移催化剂和烷氧基醚化剂进行瓜尔胶羟烷基化反应，最后经中和、过滤等制得羟烷基阳离子瓜尔胶。本制备方法生产工艺简单，设备投资少，反应条件温和，生产成本低，所制备产品的阳离子取代度高。作为纸浆助留助滤剂的应用是先将羟烷基阳离子瓜尔胶配制成水溶液，然后加入到纸浆悬浮液中。该应用方法具有投加量少，操作简便，抗生物降解及粘度稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纸浆用助留助滤剂领域，具体以瓜尔胶为原料制备废纸浆、木浆及草浆体系及高档功能纸抄造过程中的助留助滤剂。
技术介绍
目前造纸工业普遍应用改性淀粉和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为助留助滤剂，但国内淀粉原料来源不一，种类繁多，直链和支链淀粉比例各异，因此严重影响其改性产品质量的稳定性，限制了其推广应用。国内较大造纸厂不得已选用国外大公司生产的湿部助剂，造成纸张成本增加。另一方面，阳离子聚丙烯酰胺不易生物降解，残留单体有一定毒性，在生活用纸及高档纸的应用中受到限制。并且含CPAM的白水回用会造成阳电荷富集，纤维絮凝成团，影响纸张匀度和抄造系统的稳定性。瓜尔胶是一种天然的半乳甘露聚糖胶，从产于印度、巴基斯坦等地的瓜尔豆种子的胚乳中提取得到。瓜尔胶主链由(1，4)β-D甘露糖为单元联接而成，侧链由单个α-D半乳糖组成并以(1，6)键与主链相接。它和纤维素相似的分子结构决定了它和纤维素天然相亲性。瓜尔胶用于造纸工业，在提高纸张细小纤维和填料助留助滤效果的同时，不影响纸张的匀度从而不降低其强度性能。近年来，由于瓜尔胶的种植，收割，纯化，粉碎实现产业化，其原料的价格优势初露端倪。并且瓜尔胶出色的生物降解性能缓解了造纸工业的环境污染问题，符合清洁生产理念。关于瓜尔胶的改性研究是基于其应用目的而开展的，改性的瓜尔胶主要在日用化学品，油田化学品，矿山开采等方面，并得到大规模的市场认同。如美国专利USP5733854公开了一种含阴离子、阳离子取代基的改性瓜尔胶，该专利产品的水溶液具有优异的透光性能及应用于洗洁剂配方。美国专利USP3326890，USP3350186，USP3483121公开了羟烷基瓜尔胶的制备工艺。但这些专利技术存在的主要问题是合成步骤复杂，产品取代度偏低，也没有公开其用作纸浆助留助滤剂使用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一步泥浆法制备羟烷基阳离子瓜尔胶的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述方法制备的羟烷基阳离子瓜尔胶。本专利技术还有一目的在于提供上述方法制备的制备羟烷基阳离子瓜尔胶用于纸浆助留助滤剂的应用方法。本专利技术目的通过如下技术方案实现羟烷基阳离子瓜尔胶的一步泥浆制备方法，包括如下步骤和工艺条件(1)瓜尔胶浸泡碱化，以质量份数计，将100份未经纯化的瓜尔胶原粉加入到200～880份醇/水混合物中，在充氮条件下，随后加入浓度10％～100％碱性催化剂的水溶液20～100份，浸泡碱化0.5～1.5h，制成碱化瓜尔胶悬浮液，所述醇/水混合物的醇与水质量比为1～10∶1，所述的醇为甲醇，无水乙醇、工业酒精、异丙醇或叔丁醇；(2)瓜尔胶阳离子接枝反应，以质量份数计，将10～100份浓度为50～70％阳离子醚化剂水溶液加入到步骤(1)所得的碱化瓜尔胶悬浮液中，在温度为35～75度条件下，反应2～6小时，制得阳离子中间体；(3)瓜尔胶羟烷基化反应，以质量份数计，将0～10份相转移催化剂加入到步骤(2)所得的阳离子中间体中，在充氮、抽真空及-0.1～0.1MPa压力条件下，加入20～100份烷氧基醚化剂，补充60％氢氧化钠溶液0～25份，反应放热使物料温度自发升到40～75度，反应1～5小时，随后降温到室温，并用酸性物质调节物料PH值至7.0～8.5，制得以泥浆状态分散在醇/水溶液中的羟烷基化阳离子瓜尔胶；(4)将步骤(3)所得以泥浆状态分散在醇/水溶液中的羟烷基化阳离子瓜尔胶经过滤、洗涤、干燥、粉碎后，制得羟烷基阳离子瓜尔胶。上述技术方案中步骤(1)所用的碱性催化剂，步骤(2)所用的阳离子醚化剂，步骤(3)所用的相转移催化剂和烷氧基醚化剂为该类技术中通用的碱性催化剂、阳离子醚化剂、相转移催化剂和烷氧基醚化剂，本专利技术优选碱性催化剂为氢氧化钠，氢氧化钾，甲醇钠，乙醇钠中的一种及一种以上的混合物，优选的阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化胺，砒啶盐酸盐，喹啉盐酸盐或环氧丙基三甲基氯化胺，优选的相转移催化剂为十六烷基苄基二甲基氯化铵，优选的烷氧基醚化剂为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷或氯乙醇或2-氯丙醇。为了更好实现本专利技术的目的，所述步骤(1)中醇/水混合物的醇与水质量比优选1.2～9∶1；所述步骤(2)反应温度优选45～70度，反应时间优选2.5～5小时；所述步骤(3)中反应时间优选1.5～4.0小时，调节物料PH值所用的酸性物质优选盐酸，醋酸，硼酸，柠檬酸。本专利技术的羟烷基阳离子瓜尔胶制备方法具有一步泥浆法的特征，即瓜儿胶在醇/碱水溶液中碱化，然后投入阳离子醚化剂进行阳离子接枝反应，所获得的中间体不必纯化分离，直接与烷氧基醚化剂发生烷氧化反应，反应结束后经过中和，过滤，洗涤，干燥和粉碎而获得本专利技术产品。根据上述方法制备的羟烷基阳离子瓜尔胶在形态上可以是固体或者水溶液，可以依据用户的要求特殊定制。本固体产品是淡黄色粉末状，配制时用冷水在常温溶解成水溶液即可，在储存期不用添加防腐剂，粘度不随储存时间而变化，其助留助滤性能不随储存时间延长而降低。推荐储存时间为半个月到一个月。本专利技术制备的羟烷基阳离子瓜尔胶用作纸浆助留助滤剂，其应用方法是先将羟烷基阳离子瓜尔胶配制成0.5～1.5％水溶液，然后将所述的羟烷基阳离子瓜尔胶水溶液加入到浓度为0.5％的纸浆悬浮液中，其它工艺同普通造纸工艺，所述的羟烷基阳离子瓜尔胶的加入量为纸浆干浆质量的0.05～1.0％。上述应用方法用于废新闻纸纸浆时，羟烷基阳离子瓜尔胶的投加量为废新闻纸干浆质量的0.1～0.5％。根据打浆度的高低，细小纤维的含量及废纸浆阴离子垃圾的多少可以选择本专利技术产品的添加量，助留率可以从空白的58％提高到优化条件下的81％，滤水度自空白的50°SR下降到28°SR。因此本专利技术产品的使用提高细小纤维的留着率，提高压榨部的滤水速度，可以加大废纸浆的回用率，利于环境保护和降低造纸企业的生产成本。上述应用方法用于废办公用纸纸浆时，阳离子瓜尔胶的投加量为废办公用纸的干浆质量的0.1～0.2％，配制方法同用于废新闻纸纸浆方法。当取得相同的助留助滤效果时，阳离子淀粉的用量为2.5％，这说明本专利技术工艺制备的羟烷基阳离子瓜尔胶具有用量少，容易水化溶解，性能稳定的优点。上述应用方法用于废瓦愣纸纸浆时，羟烷基阳离子瓜尔胶的投加量为废瓦愣纸干浆质量的0.05～0.2％，配制方法同用于废新闻纸纸浆方法。上述应用方法用于卷烟纸纸浆时，羟烷基阳离子瓜尔胶的投加量为卷烟纸干浆质量的0.05～0.25％，配制方法同用于废新闻纸纸浆方法。本专利技术的优点和效果利用本专利技术制备的羟烷基阳离子瓜尔胶，分子中既带有季胺阳离子，又接枝了非离子羟烷基基团。阳离子特性加上适度控制的相对分子质量，使本专利技术产品比其它助留剂更能有效地解决纸料成形和剪切问题。它具有类似植物纤维细胞结构，因而对纤维具有很好的亲和力；它能迅速吸附于纤维表面，降低和中和纤维表面的电荷性，使浆料电位向等电位靠近，减少粒子之间以及纤维之间的相互排斥力，并将杂乱无序的纤维匀称地排列并组合成整齐的立体网状桥联结构。其特性表现为1)提高滤水性，易于增加抄纸速度，提高整体生产效率；2)能将阴离子杂质分离，改善助留作用，提高白水系统净化度； 3)帮助增加压榨脱水压力，缩短烘焙时间；4)对纤维有分散作本文档来自技高网...

【技术保护点】
羟烷基阳离子瓜尔胶一步泥浆制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：（１）瓜尔胶浸泡碱化，以质量份数计，将１００份未经纯化的瓜尔胶原粉加入到２００～８８０份醇／水混合物中，在充氮条件下，随后加入浓度１０～１００％碱性催化剂的水溶液 ２０～１００份，浸泡碱化０．５～１．５ｈ，制成碱化瓜尔胶悬浮液，所述醇／水混合物的醇与水质量比为１～１０∶１，所述的醇为甲醇，无水乙醇、工业酒精、异丙醇或叔丁醇；（２）瓜尔胶阳离子接枝反应，以质量份数计，将１０～１００份浓度为５０～ ７０％阳离子醚化剂水溶液加入到步骤（１）所得的碱化瓜尔胶悬浮液中，在温度为３５～７５度条件下，反应２～６小时，制得阳离子中间体；（３）瓜尔胶羟烷基化反应，以质量份数计，将０～１０份相转移催化剂加入到步骤（２）所得的阳离子中间体中，在 充氮、抽真空及－０．１～０．１ＭＰａ压力条件下，加入２０～１００份烷氧基醚化剂，补充６０％氢氧化钠溶液０～２５份，反应放热使物料温度自发升到４０～７５度，反应１～５小时，随后降温到室温，并用酸性物质调节物料ＰＨ值至７．０～８．５，制得以泥浆状态分散在醇／水溶液中的羟烷基化阳离子瓜尔胶；（４）将步骤（３）所得以泥浆状态分散在醇／水溶液中的羟烷基化阳离子瓜尔胶经过滤、洗涤、干燥、粉碎后，制得羟烷基阳离子瓜尔胶。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：万小芳，李友明，汪晓军，宋林林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]