專利名稱：：一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及造紙助劑
技術領域：
，具體是通過丙烯酰胺一苯乙烯共聚物乳液的霍夫曼反應，提供具有助濾助留性能、提高紙張干一濕抗張強度和環壓強度的多功能高分子造紙助劑及其制備方法。技術背景2007年10月國家發改委發布的國家產業政策中已明確將造紙業定義為具有可持續發展特點的重點產業，造紙業也是近IO年來少數幾個其產量增長率超過GDP增長率的產業之一，展示著良好的發展前景。但近年來隨著廢紙利用的增加、抄紙車速的提高和噸紙新鮮用水的減少等抄紙條件的變化，對造紙助劑的性能和應用技術提出了越來越高的要求，造紙界普遍認為二十一世紀的造紙工業是造紙助劑的時代。就瓦楞原紙生產而言，隨著我國加入WTO，對外貿易迅速發展，2005年已超過日本成為世界第三貿易大國。對外貿易的增加也導致對包裝材料，尤其是高強度瓦楞紙的需求迅速增加，目前國內生產不能滿足對外貿易的需求，國家每年花費幾億美元的外匯進口100多萬噸的高強度低定量的瓦楞原紙。目前，國內主要利用廢紙生產瓦楞原紙，由于廢紙來源廣，加上被重復利用，其雜質多，纖維短，因而所生產的瓦楞紙的質量較差，表現在縱向裂斷長和橫向環壓指數較低。因此，如何在目前的生產條件下提高瓦楞紙的強度是造紙業的一個亟待解決的重大技術難題。通過造紙濕部添加紙張增強劑是提高瓦楞紙強度的一個經濟而簡便的方法。聚丙烯酰胺(PAM)自1955年開發以來，已發展成為造紙中廣泛使用的一類高分子助劑，包括非離子型聚丙烯酰胺(NP認)、陰離子型聚丙烯酰胺(APAM)、陽離子型聚丙烯酰胺(CPAM)、兩性聚丙烯酰胺(AmPAM)。隨著廢紙利用的增加、抄紙車速的提高和噸紙新鮮用水的減少等抄紙條件的變化，對CPAM和AmPAM的需求日益增多。目前國內外制備CPAM和AmPAM的主要方法有(l)通過霍夫曼降解反應，制得陽離子聚乙烯胺；(2)通過曼尼其反應得到陽離子PAM;或與改性三聚氰胺樹脂水溶液在鹽酸作用下反應制備陽離子型干增強劑；(3)通過不同類型的功能性單體(帶有陽離子、陰離子、非離子功能團)與丙烯酰胺單體的共聚反應制備出各種實際需要的CPAM和AmPAM，它是目前國內外發展最快的合成方法。但是由于陽離子單體的品種少、價格高，共聚方法受到了極大的限制，而且常用的CPAM和AmPAM產品多為叔胺型和季銨鹽型，其性能往往不如伯胺型和仲胺型的CPAM和AmPAM。發明者在對聚丙烯酰胺的Hofmann反應機理的研究中，觀察到了在適合的條件下聚丙烯酰胺(PAM)的主鏈上可存在一定量的具有反應性的N-氯代酰胺基，這些反應性的基團在紙頁形成的過程中，在PAM與PAM之間或PAM與纖維間形成共價鍵，并在《中國造紙》和《JapanTappiJournal》上發表了關于反應性紙張增強劑一N-C1-PAM的紙張增強效果在添加量為0.5%時，可使紙張的干、濕強度都提高40%以上。但該紙張增強劑存在二個問題阻礙著新產品的推廣，一是PAM水溶液粘度大，濃度低，經Hofmann反應后的溶液中有效組分不超過2%，導致運輸成本高、操作性差；二是該反應性紙張增強劑與現有的紙張增強劑一樣，對紙張的抗壓強度作用小。發明者曾在《中國造紙學報》上發表了陽離子型聚丙烯酰胺乳液的制備的初歩研究結果，文中公開了丙烯酰胺-苯乙烯共聚物中丙烯酰胺鏈節次氯酸鈉氫氧化鈉=1:1:io的比例，如文中所指，實驗室檢測數據較好。進一步研究表明，由于制備過程使用了較大比例的堿來提高陽離子性，使得高分子鏈的斷裂加劇，對提高紙張的抗張強度和環壓強度的作用小，最終研究成果未能在造紙上得到應用。為使制備的助劑具有突出的效果和顯著的特點，調整堿和次氯酸鈉的用量成為制備該造紙助劑的關鍵，以達到同時提高紙和紙板的干、濕抗張強度和環壓強度以及具有助濾助留性能的多功能造紙助劑的目的。
發明內容本發明的目的是針對再生漿生產瓦楞原紙存在質量較差，尤其是橫向環壓指數較低的缺點，提供一種能應用于實際生產中提高瓦楞原紙干、濕抗張強度和環壓強度以及具有助濾助留性能的造紙助劑的制備方法。其技術方案是它是以丙烯酰胺一苯乙烯(以下簡稱AM-ST)共聚物乳液、次氯酸鈉、氫氧化鈉為原料，經霍夫曼反應而成。為實現本發明目的所采用的具體技術，其特征是材料與摩爾比丙烯酰胺-苯乙烯共聚物中丙烯酰胺鏈節次氯酸鈉氫氧化鈉=1:(o.5i):(19)。制備方法在AM-ST共聚物乳液中，在0°〇45°。的反應溫度下，邊攪拌邊加入次氯酸鈉和氫氧化鈉水溶液，反應0.5小時8小時后，得到白色或淡黃色的乳液，室溫下保存。本發明所述的AM-ST共聚物乳液為AM:ST二0.50.9(質量比)的共聚物乳液。本發明所述的次氯酸鈉、氫氧化鈉為工業品或化學純。本發明所述的多功能高分子造紙助劑，其特征是高分子鏈上含有氨基、酰胺基、苯基等官能團的乳液，遇水易分散，可作為造紙、尤其是瓦楞紙生產中的紙張增干強劑、紙張增濕強劑、環壓增強劑和助濾助留劑。本發明的優點是(1)AM-ST共聚物乳液經霍夫曼反應后，主鏈上的酰胺基大部分轉變成伯胺基而顯陽離子性質以及少量的N-氯代酰胺基、異腈酸酯基而顯反應性；(2)該高分子乳液加入到漿料中，在近中性抄紙條件下可有效吸附微細纖維等細小組分，提高漿料的濾水性能和細小組分的留著；并且通過高分子鏈上的苯環、氨基和反應性基團提高紙張的環壓強度和干一濕抗張強度。(3)由于采用AM—ST共聚物乳液原料，高分子乳液產品的固含量可達20%以上，遇冷水的分散性好。(4)由于該高分子乳液產品是通過AM—ST共聚物乳液與次氯酸鈉反應得到，易實現低成本生產。具體實施例方式實施例1在反應釜中加入5千克固含量為30%的AM-ST乳液，在5。C的反應溫度下，邊攪拌邊加入12千克有效氯為4.3%的次氯酸鈉水溶液和7.4千克40%的氫氧化鈉水溶液，5。C下反應7小時，得到淡黃色多功能高分子造紙助劑乳液(簡稱AMST-CA05)。將AMST-CA05以0.5%添加到再生瓦楞紙漿中(均為固體計算)，實測紙張增強效果和助濾助留效果見表1和表2:表1AMST-CA05的紙張增強效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2AMST-CA05的助濾助留效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2在反應釜中加入5千克固含量為30%的AM-ST乳液，在25t:的反應溫度下，邊攪拌邊加入10.5千克有效氯為4.3%的次氯酸鈉水溶液和6.3千克40%的氫氧化鈉水溶液，25'C下反應2.5小時，得到淡黃色乳液(簡稱AMST-BA25)。將AMST-BA25以0.5%添加到對再生瓦楞紙漿中(均為固體計算)，實測紙張增強效果和助濾助留效果見表3和表4:表3AMST-BA25的紙張增強效果定量干抗張指數濕抗張指數環壓指數(g/m2)(Nm/g)(Nm/g)(Nm/g)未添加造紙助劑12810.830,355.98添加造紙助劑13013.960.818.91表4AMST-BA25的助濾助留效果.打漿度濾水時間白水濁度(。SR)(s)(NTU)未添加造紙助劑37.577.448.1添加造紙助劑28.552.127.6實施例3在反應釜中加入5千克固含量為30%的AM-ST乳液，在4(TC的反應溫度下，在攪拌下加入14千克有效氯為4.3%的次氯酸鈉水溶液和15千克40%的氫氧化鈉水溶液，4(TC下反應50分鐘，得到黃色乳液(簡稱AMST-DC40)。將AMST-DC40以0.5%的量添加到對再生瓦楞紙漿中(均為固體計算)，實測紙張增強效果和助濾助留效果見表5和表6:表5AMST-DC40的紙張增強效果曰疋里干抗張指數濕抗張指數環壓指數(g/m2)(Nm/g)(Nm/g)(Nm/g)未添加造紙助劑12710.280.355.82添加造紙助劑13212.230.567.06表6AMST-DC40的助濾助留效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權利要求1、一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法，其特征是材料與摩爾比丙烯酰胺-苯乙烯(簡寫為AM-ST)共聚物中丙烯酰胺鏈節∶次氯酸鈉∶氫氧化鈉＝1∶(0.5～1)∶(1～9)；制備方法在AM-ST共聚物乳液中，邊攪拌邊加入次氯酸鈉和氫氧化鈉水溶液，反應后，室溫下保存。2、根據權利要求1所述的一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法，其特征是所述的AM-ST共聚物乳液為AM:ST=0.50.9(質量比)的共聚物乳液。3、根據權利要求1所述的一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法，其特征是加入次氯酸鈉和氫氧化鈉水溶液進行反應時，反應溫度為0°C45°C。4、根據權利要求1所述的一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法，其特征是加入次氯酸鈉和氫氧化鈉水溶液進行反應時，反應時間為0.5小時8小時。5、根據權利要求1所述的一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法，其特征是所述的次氯酸鈉、氫氧化鈉為工業品或化學純。6、根據權利要求1所述的一種多功能高分子造紙助劑，其特征是可作為造紙、尤其是瓦楞紙生產中的紙張增干強劑、紙張增濕強劑、環壓增強劑和助濾助留劑。全文摘要本發明涉及一種造紙助劑，具體是提供一種多功能高分子造紙助劑及其制備方法。該高分子造紙助劑是以丙烯酰胺-苯乙烯共聚物中丙烯酰胺鏈節∶次氯酸鈉∶氫氧化鈉＝1∶(0.5～1)∶(1～9)的摩爾比，經霍夫曼反應而成。制備時，在0℃～45℃的反應溫度下，邊攪拌邊加入一定量的次氯酸鈉和氫氧化鈉水溶液，反應0.5小時～8小時后，得到白色或淡黃色的乳液，室溫下保存即可。該高分子乳液產品用于造紙，將其加入到漿料中，尤其是再生瓦楞紙漿中，可顯著提高紙張的干—濕抗張強度和環壓強度，同時還能有效改善漿料濾水性能、提高微細組分的留著，可作為造紙、尤其是瓦楞紙生產中的紙張增干強劑、紙張增濕強劑、環壓增強劑和助濾助留劑。文檔編號D21H17/36GK101225621SQ200810070公開日2008年7月23日申請日期2008年2月20日優先權日2008年2月20日發明者吳宗華,陳少平申請人:福建師范大學