[发明专利]一种表面施胶剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于造纸技术领域，特别涉及一种造纸用合成聚合物表面施胶剂。

背景技术

造纸用施胶剂是指为了提高纸和纸板表面强度及防止水质液体(如书写墨水)的扩散和渗透而添加的化学助剂。它是一种用量较大，应用面较广的重要造纸用化学品。

根据其在造纸过程中添加方式的不同，造纸用施胶剂可分为两大类：(1)在纸页成形前将施胶剂添加于纸浆内的称为浆内施胶剂；(2)在纸页成形后涂饰于纸板表面的称为表面施胶剂。

由于浆内施胶剂容易受生产条件(如水质、pH值、温度和泵送时切变速率等因素)的影响；同时随着印刷技术的改进、高速印刷和高粘度油墨的应用，对纸张表面强度提出了更高要求，单靠浆内施胶难以达到，必须对纸张进行表面施胶以达到使用要求。

目前我国造纸行业所采用的表面施胶剂主要有淀粉及改性淀粉、PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纤维素)等。淀粉类成本较低，但其粘结能力较差，在印刷时容易掉毛掉粉、造成糊版现象；且成纸后的光泽度较低；CMC薄膜强度大、抗油性好，但粘度过高，抗水性也较差。

PVA是目前造纸行业最常用的表面施胶剂，它是一种非常重要的水溶性高分子。PVA分子由疏水性主链和亲水性侧链组成，因而具有一定的表面活性，由于能够形成致密膜而具有极好的表面强度，尤其是聚合度高的PVA，如1799、2099等；目前在钞票纸中应用的PVA为1099，即聚合度为1000，醇溶解度为99％，其水溶液黏度较大，分子间通过氢键结合形成PVA致密膜，键合反应式如下：

但PVA用作表面施胶剂、尤其是用作钞票纸表面施胶剂具有以下缺点：

(1)、钞票纸表面层中的PVA致密膜，影响油墨分子(粒子)与纸纤维的牢固结合，最终导致某物化等级(即纸张与油墨的结合能力)急剧降低；

(2)、PVA分子具有一定的表面活性，易于在水溶液表面吸附；随着表面层水分的挥发和氢键结合点的增多，PVA分子在施胶槽表面形成聚合物膜，即结皮现象；

(3)、PVA水溶液的黏度较大，在压轧辊上残留大量的施胶液，进而在施胶辊上结膜，难于清洗；

(4)、由硬性氢键形成的PVA膜，其脆性较大，最终导致纸张耐折度不高；

(5)、对提高纸张湿强度几乎没有作用。

除上述常用的表面施胶剂外，国外市场上常见的表面施胶剂还有苯乙烯-马来酸酐聚合物(SMA)、苯乙烯-丙烯酸聚合物(SAA)、苯乙烯-丙烯酸酯聚合物胶乳(SAE)、水溶性聚氨酯(PUD)等聚合物表面施胶剂。但上述聚合物表面施胶剂在制备过程中均使用大量的溶剂或乳化剂，对环境及应用效果等产生不利影响；而且这些聚合物表面施胶剂在使用时一般要与表面施胶淀粉(阴离子或非离子型)一起使用，操作麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的造纸用合成聚合物表面施胶剂，以提高纸张的表面施胶性能，提高油墨粒子与表面施胶剂及纸纤维的结合牢度。

本发明的另一个目的是提供一种上述表面施胶剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种表面施胶剂，它是具有下述通式I的聚合物的无皂乳液：

通式I

其中，R选自碳原子数为1～18的饱和脂肪醇基团；X选自Na⁺、K⁺、NH₄⁺等中的任意一种；n为10～1000。

R优选自碳原子数为4～18的饱和脂肪醇基团；X优选为Na+。

本发明表面施胶剂，即上述具有通式I的聚合物的无皂乳液可以通过下述方法制得：该方法以聚乙烯醇为分散剂，苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺和顺丁烯二酸酐四种单体为主要原料，在引发剂(如过硫酸钾、过硫酸铵等过硫酸盐)、交联剂(如乙二醛、戊二醛、甲醛等)作用下，通过无皂乳液聚合而制得所述的聚合物表面施胶剂。该制备方法主要包括下述步骤：

(1)、聚乙烯醇溶液的制备：在安装有冷凝装置的反应釜中，加入适量90～95℃的热水和固体聚乙烯醇，热水和聚乙烯醇的重量比例为90～95∶5～10，在搅拌下保温1～1.5h，直至聚乙烯醇完全溶解；

(2)、顺丁烯二酸酐的碱中和：在聚乙烯醇溶液中加入计算量的顺丁烯二酸酐，在搅拌下用碱液将体系的pH值调整至7.5～9.5；