專利名稱：一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于中堿性造紙過程中的施膠劑，尤其涉及一種烷基烯酮二聚體施膠劑，具體地說，是涉及一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
烷基烯酮二聚體，英文名稱為Alkyl Ketene Dimer，簡稱AKD，烷基烯酮二聚體施膠劑，通常稱為AKD施膠劑。
在抄紙過程中，對紙張進行施膠處理是造紙濕部的一道十分重要的工序。在中堿性造紙工藝中的中堿性施膠技術(shù)，是國外于20世紀70年代發(fā)展起來的一項新型施膠技術(shù)。我國造紙工業(yè)從20世紀80年代開始使用中堿性施膠技術(shù)，經(jīng)過近20年的努力，中堿性施膠的研究和應用取得了迅速發(fā)展，特別是AKD中堿性施膠劑在中性、堿性抄紙技術(shù)中的發(fā)展最為迅速。通過AKD中堿性施膠，使紙張白度、手感、抗水性、物理強度、印刷適性及耐老化性等都有明顯提高，因此在我國造紙工業(yè)中被廣泛地相繼地應用在生產(chǎn)銅板紙原紙、郵票原紙、靜電復印紙、膠版印刷紙、檔案紙和高級文化用紙等紙種中。
AKD是一種不飽和內(nèi)酯，它的分子中有一個內(nèi)酯環(huán)和兩個烷基側(cè)鏈，熔點在42～60℃之間，不溶于水，能溶于乙醇、苯和三氯甲烷等有機溶劑中，常溫下外觀為淡黃色蠟狀固體。應用于造紙工業(yè)中的漿內(nèi)AKD施膠劑，其化學組成是十四烷基或十六烷基的烯酮二聚體，屬反應型施膠劑。其施膠機理AKD本身具有憎水性長鏈脂肪基和反應性官能基，當AKD施膠劑膠料加入紙漿內(nèi)，由于AKD施膠劑在借助陽離子劑的作用下，留著在帶陰電荷的纖維上，濕紙頁在壓榨和干燥過程中，膠料微粒均勻吸附和分布在纖維表面。AKD熔點較低，在紙機干燥部，AKD膠熔融并在中性或堿性pH值作用下，反應官能基與纖維素羥基發(fā)生酯化反應，并與纖維架鍵結(jié)合，而疏水性長鏈脂肪基轉(zhuǎn)向紙面，形成疏水層，使成紙具有高度抗水性和施膠效果。
AKD施膠劑在使用過程中，常出現(xiàn)的一些問題是 (1)、AKD施膠劑為反應型施膠劑，反應較慢，需要一定的熟化時間。
(2)、由于AKD本身不帶電荷，因此在紙纖維上難以留著，一般需要使用陽離子乳化劑將AKD乳化，使AKD帶上陽電荷而吸附到帶負電荷的纖維上。早期是以陽離子淀粉作為AKD的陽離子化劑，但陽離子淀粉的電荷密度較低，分子質(zhì)量較大，與AKD粒子的結(jié)合強度也較低，因此乳液的穩(wěn)定性和施膠效果較差；另外，淀粉容易霉變，會引起乳液變質(zhì)，因此施膠效果往往欠佳。
針對上述AKD施膠劑在現(xiàn)有技術(shù)使用過程中存在的一些問題，本發(fā)明提供一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑及其制備方法，使用本發(fā)明方法制備的陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，即陽離子AKD施膠劑，因陽離子AKD分子帶有較高陽電荷且分子本身帶有長鏈，具有較強的架橋能力，故陽離子AKD通過靜電吸附以及橋聯(lián)作用吸附留著在纖維上，從而能有效地克服上述背景技術(shù)中存在的缺陷。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，由己二酸與二乙烯三胺反應生成的聚酰胺多胺與AKD反應生成改性AKD衍生物，并采用環(huán)氧氯丙烷將改性AKD衍生物陽離子化，而制成一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，即陽離子AKD施膠劑。
化學試劑和原料 用量 己二酸，分析純，5-10g 二乙烯三胺，化學純，4-10mL 環(huán)氧氯丙烷，分析純，6-14mL AKD，造紙用工業(yè)品， 4-10g 上述的化學試劑己二酸，二乙烯三胺，環(huán)氧氯丙烷和原料AKD的化學結(jié)構(gòu)式分別為 己二酸 HOOC(CH2)4COOH 二乙烯三胺 H2N(CH2)2NH(CH2)2NH2 環(huán)氧氯丙烷
AKD
其中，R-烷基，一般為十四烷基或十六烷基制出的陽離子AKD的化學結(jié)構(gòu)式
其中，R-烷基，一般為十四烷基或十六烷基。
本發(fā)明制備陽離子AKD施膠劑的方法是 化學試劑和原料 己二酸，分析純 二乙烯三胺，化學純 環(huán)氧氯丙烷，分析純 AKD，造紙用工業(yè)品 制備方法的步驟 1)、按用量配比將己二酸和二乙烯三胺加入到裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中，并將三口燒瓶置于恒溫油浴中，攪拌并加熱至140℃～180℃，恒溫反應2～5h并降溫后，加入AKD，反應2～4h后生成改性AKD衍生物， 2)、滴加環(huán)氧氯丙烷于改性AKD衍生物中，進行反應1～3h，完成改性AKD衍生物的陽離子化反應，制得陽離子AKD，其化學結(jié)構(gòu)式
其中，R-烷基，一般為十四烷基或十六烷基。
本發(fā)明的有益效果和顯著優(yōu)點 AKD是一種蠟狀固體，溶于某些有機溶劑而不溶于水，必須將其乳化成乳液才能使用，因此，將上述陽離子AKD在分散機中加入乳化劑和水攪拌成固含量為12-15％的陽離子AKD白色乳液，并用鹽酸調(diào)節(jié)pH值為5，使之略呈酸性，以保持乳液穩(wěn)定性。
所述的陽離子AKD乳液中陽離子AKD帶有較高的陽電荷，并均勻分散在乳液中，將本發(fā)明的陽離子AKD施膠劑加入到漿料后，陽離子AKD膠粒首先發(fā)生絮聚，然后通過靜電吸附作用迅速吸附到帶負電荷的纖維表面上，由于陽離子AKD帶有長鏈，具有較強的架橋能力，這樣陽離子AKD通過橋聯(lián)作用固著在纖維上。濕紙頁經(jīng)過紙機網(wǎng)部后，陽離子AKD留著在濕紙頁中，然后經(jīng)過干燥部，在高溫條件下，AKD快速融熔擴散，并均勻分布在纖維表面上，其親水基朝內(nèi)，疏水基朝外，使紙頁具有較強的抗水性能，表明紙頁獲得了良好的施膠效果。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明方法作進一步的詳細說明。需要特別說明的是，本發(fā)明的保護范圍應當包括但不限于本實施例所公開的技術(shù)內(nèi)容。
實施例1 將6g己二酸和4mL二乙烯三胺加入到裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中，置于恒溫油浴中攪拌并加熱至140～180℃，恒溫反應4h生成聚酰胺多胺，降溫后，加入5g AKD，反應2h后生成改性AKD衍生物，再滴加7mL環(huán)氧氯丙烷反應2h，完成改性AKD衍生物的陽離子化反應處理。從而制得帶有陽電荷的陽離子AKD。
實施例2 按上述的相同步驟，重復進行實施例1，只是將己二酸、二乙烯三胺、AKD和環(huán)氧氯丙烷的用量分別為7g，5mL，6g和8mL。從而完成改性AKD衍生物的陽離子化的反應處理。
實施例3 按上述的相同步驟，重復進行實施例1，只是將己二酸、二乙烯三胺、AKD和環(huán)氧氯丙烷的用量分別為8g，6mL，7g和9mL。從而完成改性AKD衍生物的陽離子化的反應處理。
1、為說明本發(fā)明陽離子AKD施膠劑帶有較高的陽電荷，測定本發(fā)明的施膠劑和未改性AKD施膠劑的Zeta電位與電荷密度，測定結(jié)果進行對比。
乳液Zeta電位的測定將乳液用蒸餾水稀釋后，在GSL-101BI型激光顆粒分布測定儀上測定乳液的Zeta電位。
乳液電荷密度的測定準確量取10ml稀釋后的乳液于Muteck PCD 03pH-S圓筒測量室內(nèi)，由滴定管滴加PVSK(聚乙烯醇硫酸鉀)標準溶液至電位為零，由PVSK標準溶液的用量計算出乳液的電荷密度。
表1陽離子AKD與未改性AKD乳液的Zeta電位與電荷密度對比 測試結(jié)果表明 由于Zeta電位表征的是體系中粒子的電位情況，由表1可知，對比陽離子AKD乳液與未改性AKD乳液后發(fā)現(xiàn)，陽離子AKD乳液的Zeta電位高于未改性AKD乳液約30％，說明陽離子AKD乳液中的膠粒的陽電荷明顯高于未改性AKD乳液。另外，陽離子AKD乳液的電荷密度比未改性AKD乳液的高出近一倍。綜合以上兩項指標可知本發(fā)明的陽離子AKD施膠劑所帶陽電荷明顯比未改性AKD施膠劑的高。
2、測定本發(fā)明的施膠劑和未改性AKD施膠劑的施膠效果，并進行對比。抄片試驗 抄片是由打漿度為35°SR的硫酸鹽漂白闊葉木漿在標準紙頁成形器上抄制成的，紙頁定量為80g/m2。經(jīng)干燥后的紙頁，在105℃溫度下熟化15分鐘，冷卻至室溫后，按GB/T5405-1985進行施膠度的測定。
測試結(jié)果表明 當本發(fā)明施膠劑的用量為0.2％時，紙頁施膠度已達到52s，而要達到52s的施膠度，未改性AKD施膠劑的用量則需要0.3％，比本發(fā)明的施膠劑用量增加50％。說明在達到同等施膠效果的同時，本發(fā)明施膠劑的用量更少，這在一定程度上為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
1、一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，其特征在于它是由己二酸與二乙烯三胺反應生成的聚酰胺多胺與AKD反應所生成改性AKD衍生物，并采用環(huán)氧氯丙烷將改性AKD衍生物陽離子化，而制成一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，即陽離子AKD施膠劑，所用的原料和化學試劑及其重量配比分別為
化學試劑和原料 用量
己二酸，分析純，5-10g
二乙烯三胺，化學純，4-10mL
環(huán)氧氯丙烷，分析純，6-14mL
AKD，造紙用工業(yè)品， 4-10g
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，其特征在于所述的化學試劑己二酸，二乙烯三胺，環(huán)氧氯丙烷和原料AKD的化學結(jié)構(gòu)式分別為
己二酸
HOOC(CH2)4COOH
二乙烯三胺
H2N(CH2)2NH(CH2)2NH2
環(huán)氧氯丙烷
其中，R-烷基，一般為十四烷基或十六烷基
3、一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑的制備方法，其特征在于所述的陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑，其制備方法的步驟為
1)、按用量配比將己二酸和二乙烯三胺加入到裝有電動攪拌器、回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中，并將三口燒瓶置于恒溫油浴中，攪拌并加熱至140℃～180℃，恒溫反應2～5h并降溫后，加入AKD，反應2～4h后生成改性AKD衍生物，
2)、滴加環(huán)氧氯丙烷于改性AKD衍生物中，進行反應1～3h，完成改性AKD衍生物的陽離子化反應，制得陽離子AKD，其化學結(jié)構(gòu)式
其中，R-烷基，一般為十四烷基或十六烷基。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于中堿性造紙過程中的施膠劑，尤其涉及一種烷基烯酮二聚體施膠劑，具體地說，是涉及一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑及其制備方法。它是由己二酸與二乙烯三胺反應生成的聚酰胺多胺與AKD反應所生成改性AKD衍生物，并采用環(huán)氧氯丙烷將改性AKD衍生物陽離子化，而制成一種陽離子烷基烯酮二聚體施膠劑。通過測定本發(fā)明的施膠劑與未改性AKD施膠劑的Zeta電位與電荷密度及其施膠效果，測定結(jié)果表明本發(fā)明的陽離子AKD乳液的Zeta電位和電荷密度均高于未改性AKD乳液。在達到同等施膠效果的同時，本發(fā)明施膠劑的用量更少，這在一定程度上為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟效益。
文檔編號D21H21/14GK101096829SQ2007100581
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者胡惠仁, 凱 劉 申請人:天津科技大學