專利名稱：一種陽離子松香施膠劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制漿造紙工程技術，特別是涉及造紙工業(yè)過程中抄紙時所用的一種漿內(nèi)施膠劑的生產(chǎn)技術，具體是陽離子松香施膠劑及其制備方法。
背景技術：
目前陽離子松香膠的制備方法主要有兩種自身陽離子化法和陽離子乳化劑乳化法。自身陽離子化法主要是通過松香與陽離子小單體共聚得到。但共聚對反應條件要求比較高，如有的需要在高溫下(310℃-350℃)在氮氣保護的條件下反應等，且共聚過程種引入了陽離子親水基，這在一定程度上會影響施膠效果。陽離子乳化劑乳化法是通過陽離子表面活性劑對松香進行乳化而制得，目前最常用的方法有二種方法，即高溫高壓和常壓逆轉。高溫高壓法由于需要高壓設備，費用高，操作難，應用較少；常壓逆轉法由于松香分子結構的特殊性，乳化很困難，僅依靠陽離子表面活性劑的作用極難實現(xiàn)，應加入助乳劑以促進乳化。如申請?zhí)枮?741889的美國專利公開了一種造紙用施膠劑的生產(chǎn)方法，該方法是水，30％～35％的陽離子松香，以及相對于松香1％～6％的聚烷基乙烯-丙烯酸共聚物在高的剪切力作用下均勻混合，形成一種質量分數(shù)為20％～25％的陽離子松香乳液，再與淀粉改性的陽離子松香乳液混合提供一種表面施膠劑。申請?zhí)枮?07149700的加拿大專利公開了一種制取陽離子松香的方法，是將松香加熱至150～190℃，使用含氮的陽離子乳化劑，加水，乳化均勻制得。陽離子乳化劑可以包含如下物質(1)季銨鹽；(2)完全或部分中和的三乙胺；(3)完全或部分中和的乙氧基化的三乙胺；(4)咪唑啉衍生物；(5)含乙烯基嘧啶的聚合物；(6)含乙亞胺的聚合物。(1)和(4)中至少含一個10～22炭的脂肪基。但是，上述技術所介紹的陽離子分散松香膠的制備方法，一般采用高分子聚合物乳化松香，這使得乳化劑與松香的相容性差，乳化困難，對松香的乳化條件較高，影響了陽離子松香膠的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種溶劑法制備陽離子松香施膠劑的方法以及由該方法制備的陽離子松香施膠劑，該方法方便可行，不需要高壓設備也不需要助乳化劑，使用的有機溶劑可以回收利用，且制備的陽離子松香施膠劑穩(wěn)定性好、施膠效果好。
本發(fā)明的目的通過如下技術方案實現(xiàn)。
一種陽離子松香施膠劑的制備方法，包括如下步驟和工藝條件(1)以質量份數(shù)計，將18份環(huán)氧氯丙烷放入容器中，加入36份甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌并升溫至40～50℃后恒溫，加入已預熱到40～50℃的22份三乙胺，攪拌速度控制在200～300rpm/min條件下，攪拌反應2～4h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體；(2)將15質量份步驟(1)所得中間體、20質量份松香和55質量份異丙醇溶劑放入容器中混合，加熱升溫至80～95℃，反應5～7h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑；(3)將10質量份松香和11～110質量份氯仿或者9～90質量份乙酸己酯混溶，在100～500rpm/min轉速的攪拌條件下，加入步驟(2)所得的質量百分比濃度配置為2～10％的松香型表面活性劑，加入的表面活性劑凈重量為松香重量的2～10％，10～20min后，當溶液變?yōu)榘咨珪r，再在800～1500rpm/min轉速攪拌下，加入10～20質量份水，并繼續(xù)攪拌10～40min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿或者乙酸己酯，制得陽離子松香膠。
有益的是，所述步驟(1)和步驟(2)的容器為帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的三口瓶中。
由上述陽離子松香施膠劑的制備方法制備陽離子松香施膠劑，其Zeta電位為23.25～34.81mv，在中性條件下施膠度為14.8-40.3(60s，g/m2)。
本發(fā)明原理利用兩步法分段合成工藝進行制備，先將環(huán)氧烷類物質與松香在有機溶劑存在條件下，在一定溫度下反應數(shù)小時得中間體。然后再將中間體和松香在有機溶劑存在條件下，一定溫度下反應數(shù)小時，制得松香型表面活性劑，作為陽離子松香施膠劑的松香乳化劑。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)利用松香類表面活性劑進行乳化，與松香有很好相容性，通過采用溶劑法進行轉型，克服了高溫高壓轉型法和常壓逆轉轉型法對反應條件的高度要求。
(2)所制備的陽離子松香施膠劑乳液穩(wěn)定性能優(yōu)良，分散性好，與陽離子物質相容性好，中性施膠效果好。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例1(1)將18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至40℃后恒溫，加入已預熱到40℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在300rpm/min，攪拌反應4h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體；(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，70ml(55克)異丙醇，加熱升溫，在80℃條件下反應7h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑；(3)將10g松香和10ml(11克)氯仿混溶，在100rpm/min轉速的攪拌條件下，加入步驟(2)所得質量濃度為2％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的2％，10min后，當溶液變?yōu)榘咨珪r，再在800rpm/min轉速攪拌下，加入10ml水，并繼續(xù)攪拌10min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿，制得陽離子松香膠。經(jīng)檢測，所得陽離子松香膠Zeta電位為23.25mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果A、對漿板進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為40.3(60s，g/m2)。
實施例2(1)準確量取18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至50℃后恒溫，加入已預熱到50℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在200rpm/min，攪拌反應2h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體。
(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，在70ml(55g)異丙醇的溶劑中，加熱升溫在95℃條件下反應5h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑。
(3)將10g松香和100ml(110g)氯仿混溶。在低速(500rpm/min)攪拌條件下加入步驟(2)所得質量濃度為10％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的10％，攪拌20min后當溶液變?yōu)榘咨珪r，再進行高速攪拌(1500rpm/min)，并加入20ml水，再充分攪拌40min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿，制得陽離子松香膠，Zeta電位為29.44mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果A、對漿板進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為37.1(60s，g/m2)。
實施例3(1)將18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至40℃后恒溫，加入已預熱到40℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在300rpm/min，攪拌反應4h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體；(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，70ml(55克)異丙醇，加熱升溫，在80℃條件下反應7h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑；(3)將10g松香和10ml(9克)乙酸乙酯混溶，在100rpm/min轉速的攪拌條件下，加入步驟(2)所得質量濃度為2％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的2％，10min后，當溶液變?yōu)榘咨珪r，再在800rpm/min轉速攪拌下，加入10ml水，并繼續(xù)攪拌10min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿，制得陽離子松香膠。經(jīng)檢測，所得陽離子松香膠Zeta電位為26.89mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果A、對漿板進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為36.6(60s，g/m2)。
實施例4(1)準確量取18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至50℃后恒溫，加入已預熱到50℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在200rpm/min，攪拌反應2h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體。
(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，在70ml(55g)異丙醇的溶劑中，加熱升溫在95℃條件下反應5h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑。
(3)將10g松香和100ml(90g)乙酸乙酯混溶。在低速(500rpm/min)攪拌條件下加入步驟(2)所得質量濃度為10％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的10％，攪拌20min后當溶液變?yōu)榘咨珪r，再進行高速攪拌(1500rpm/min)，并加入20ml水，再充分攪拌40min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿，制得陽離子松香膠，Zeta電位為26.67mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果A、對漿板進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為29.7(60s，g/m2)。
實施例5(1)準確量取18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至45℃后恒溫，加入已預熱到45℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在250rpm/min，攪拌反應3h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體。
(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，在70ml(55g)異丙醇的溶劑中，加熱升溫在90℃條件下反應6h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑。
(3)將10g松香和45ml(40.5克)乙酸乙酯混溶。在低速(200rpm/min)攪拌條件下加步驟(2)所得質量濃度為5％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的5％。攪拌20min當溶液變?yōu)榘咨珪r，再進行高速攪拌(1450rpm/min)，并加入15份水，再充分攪拌25min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去乙酸乙酯，制得陽離子松香膠，Zeta電位為34.81mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果A、對漿板進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為14.8(60s，g/m2)。
實施例6(1)準確量取18克環(huán)氧氯丙烷放入帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入40ml(36克)甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌升溫至45℃后恒溫，加入已預熱到45℃的三乙胺22克，攪拌速度控制在250rpm/min，攪拌反應3h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體。
(2)在帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的250ml三口瓶中，加入15g步驟(1)所得中間體和20g松香，在70ml(55g)異丙醇的溶劑中，加熱升溫在90℃條件下反應6h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑。
(3)將10g松香和55ml(50克)乙酸乙酯混溶。在低速(200rpm/min)攪拌條件下加入步驟(2)所得質量濃度為3％的陽離子松香型表面活性劑，加入的陽離子松香型表面活性劑凈重為松香重量的6％。攪拌18min后當溶液變?yōu)榘咨珪r，再進行高速攪拌(1100rpm/min)，并加入20份水，再充分攪拌25min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去乙酸乙酯，制得陽離子松香膠，Zeta電位為34.81mv。
陽離子松香施膠劑的施膠作用檢測，檢測方法及結果
A、對草漿進行疏解和打漿后，加入10％碳酸鈣，混合均勻后，稀釋至濃度為0.4％，得紙料。
B、取300份配好的紙料，已絕干漿的質量百分比計，向紙料中分別加入1％的硫酸鋁，1％陽離子松香施膠劑，0.1％的陽離子化劑和1％的助留劑，混合均勻后，進行手抄片實驗。
C、采用GB/T1450Cobb法進行施膠度的測定。中性條件下(pH＝7.5)，手抄片紙張的施膠度為22.6(60s，g/m2)。
本發(fā)明采用了與松香相容性好的陽離子松香型表面活性劑對松香進行乳化，使得松香得以充分的乳化，且表面活性劑的陽離子性較高，最終使得陽離子松香膠有較高的Zeta電位(23.25～34.81mv)，而常壓逆轉方法制備的施膠劑Zeta電位一般在20-28mv，這說明采用溶劑法制備的陽離子松香膠具有膠高的陽離子性，在施膠過程中可很好的自行沉積在纖維表面上。
其次，采用了溶劑法進行松香膠的制備，克服了高溫高壓的苛刻反應條件，避免了常壓逆轉法的乳化困難以及陽離子性不強的問題。
所制備的陽離子松香膠施膠劑用于木漿和草漿的中性施膠，其施膠度在14.8(60s，g/m2)-40.3(60s，g/m2)范圍之間，而使用市售的陽離子松香膠采用同樣方法在相同條件下進行中性施膠實驗，紙頁的施膠度一般在25.5-44.8(60s，g/m2)，這說明自制的陽離子松香膠在中性條件可以獲得良好的施膠效果。
權利要求
1.一種陽離子松香施膠劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件(1)以質量份數(shù)計，將18份環(huán)氧氯丙烷放入容器中，加入36份甲醇水溶液〔其中，甲醇與水的體積比為1∶1〕，攪拌并升溫至40～50℃后恒溫，加入已預熱到40～50℃的22份三乙胺，攪拌速度控制在200～300rpm/min條件下，攪拌反應2～4h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去甲醇和水溶劑，得無色粘稠狀中間體；(2)將15質量份步驟(1)所得中間體、20質量份松香和55質量份異丙醇溶劑放入容器中混合，加熱升溫至80～95℃，反應5～7h，經(jīng)旋轉蒸發(fā)除去異丙醇溶劑，得陽離子松香型表面活性劑；(3)將10質量份松香和11～110質量份氯仿或者9～90質量份乙酸己酯混溶，在100～500rpm/min轉速的攪拌條件下，加入步驟(2)所得的質量百分比濃度配置為2～10％的松香型表面活性劑，加入的表面活性劑凈重量為松香重量的2～10％，10～20min后，當溶液變?yōu)榘咨珪r，再在800～1500rpm/min轉速攪拌下，加入10～20質量份水，并繼續(xù)攪拌10～40min至分散成均勻乳液，在減壓條件下除去氯仿或者乙酸己酯，制得陽離子松香膠。
2.根據(jù)權利要求1所述的陽離子松香施膠劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)和步驟(2)的容器為帶有電動攪拌器、回流冷凝管、溫度計的三口瓶。
3.一種由權利要求1所述陽離子松香施膠劑的制備方法制備的陽離子松香施膠劑，其Zeta電位為23.25～34.81mv，在中性條件下施膠度為14.8-40.3(60s，g/m2)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種陽離子松香施膠劑及其制備方法，方法是(1)將環(huán)氧氯丙烷放入甲醇水溶液中，攪拌并升溫至40～50℃，加入三乙胺，反應2～4h，得中間體；(2)將所得中間體、松香和異丙醇混合，加熱升溫至80～95℃，反應5～7h，得陽離子松香型表面活性劑；(3)將松香和氯仿或者乙酸己酯混溶，并加入松香型表面活性劑，當溶液變?yōu)榘咨珪r，在800～1500rpm/min轉速攪拌下，加入水，攪拌10～40min，制得陽離子松香施膠劑。該方法克服了高溫高壓轉型法和常壓逆轉轉型法對反應條件的高度要求，制得的施膠劑乳液穩(wěn)定性能優(yōu)良，分散性好，中性施膠效果好，該施膠劑可應用于造紙工業(yè)過程的抄紙工藝。
文檔編號D21H21/14GK1834347SQ20061003508
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權日2006年4月20日
發(fā)明者何北海, 張健, 李軍榮 申請人:華南理工大學