[发明专利]一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法和应用，属于聚合物接枝改性工业添加剂及其制备与应用技术领域。

背景技术

造纸工业是以纤维为原料的化学加工工业，在制浆、漂白、抄造及成纸后加工这一工艺全过程的各个阶段，均离不开各种化学品的应用。它们不仅能赋予纸张各种特殊的优越性能（如抗水性、抗油性、湿强度、干强度、及内聚力强度性能等等），使采用较差的纤维原料生产出综合性能更高的纸成为可能；而且能使生产过程优化，纸机运行速度提高，甚至大幅度减少环境污染，给造纸工业带来良好的经济和社会效益。

过程和功能性添加剂通常是水溶性或乳化合成聚合物或树脂石油衍生的或改性得到如淀粉、瓜尔胶粉和纤维素衍生物如羧甲基纤维素由溶解纤维素浆制成的天然产品。例如中国专利CN102121207A、CN102603977A、CN103254347A、CN103408702A和CN103726407A所公开的造纸助剂的制备方法。虽然这些纸张干强剂可以改善干纸的强度，但它们不真正提高湿纸幅的强度。高湿强度是保证纸机良好运行的必要条件。这些添加剂的另一个缺点是，对于高导电率和高含量的阴离子垃圾和胶体物质的敏感性。导致聚合物不能有效吸附在纤维和细小纤维的表面，由于聚合物吸附在这样的白水条件下比较差，很大一部分的聚合物将留存在白水系统是白水浓度增加。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素及其制备方法，并且提供阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素作为造纸助剂添加到纸机湿部的应用，从而提高纸或纸板的干强度、湿强度、并首程保留率以减低白水浓度。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

提供一种阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素，包括纳米结晶纤维素和用于形成高分子碳骨架的非离子单体、以及用于引入阳电荷的阳离子单体，且所述纳米结晶纤维素、所述非离子单体和所述阳离子单体通过自由基引发共聚形成纳米结晶纤维素簇；

所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、丙烯腈、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸十六酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种；

所述阳离子单体选自丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐中的一种或多种。所述丙烯酸酯季铵盐和甲基丙烯酸酯季铵盐包括但不限于是：二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯甲基硫酸铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基丙烯酸酯硫酸盐、二甲基氨基乙基丙烯酸酯盐酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯甲基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸甲酯硫酸铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸苄基氯铵盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯硫酸盐、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐、二甲胺基丙烯酰胺甲基硫酸铵盐、二甲胺基丙烯酰胺盐酸盐、甲基丙烯酰胺铵氯等。

具体优选地，所述非离子单体选自丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈中的一种或多种；所述阳离子单体选自二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的甲基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的甲基氯季铵盐、丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二甲胺基乙酯的苄基氯季铵盐、丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、甲基丙烯酸二乙胺基乙酯的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的苄基氯季铵盐中的一种或多种。

具体优选地，所述纳米结晶纤维素的结晶度不小于90%，长度不小于100微米，直径不大于100纳米。

具体优选地，所述纳米结晶纤维素簇的分子量为10万到200万道尔顿。

本发明同时提供了上述阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将纳米结晶纤维素和软水按质量比为（1～30）︰100的比例混合，升温到40～60℃搅拌溶解，直至纳米结晶纤维素完全溶解后，通氮气，升温到80～100℃，加入络合剂和pH缓冲剂，调节pH值为2～4；

所述络合剂为氨基羧酸或氨基羧酸盐；所述络合剂的投料量为阳离子聚合物接枝改性纳米结晶纤维素产物总重量的0.01％～0.5％；