[發明專利]一種表面施膠劑及其制備方法

有效

• 申請號: 200710050563.1
• 申請日: 2007-11-21
• 公開（公告）號: CN101161931A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: 田德卿;沈一丁;陳玉群;李剛輝;費貴強;趙錦良
• 申請（專利權）人: 中國印鈔造幣總公司
• 主分類號: D21H21/16
• 分類號: D21H21/16;D21H17/35;D21H17/36
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉明芳;吳彥峰

技術領域

本發明屬于造紙技術領域，特別涉及一種造紙用合成聚合物表面施膠劑。

背景技術

造紙用施膠劑是指為了提高紙和紙板表面強度及防止水質液體(如書寫墨水)的擴散和滲透而添加的化學助劑。它是一種用量較大，應用面較廣的重要造紙用化學品。

根據其在造紙過程中添加方式的不同，造紙用施膠劑可分為兩大類：(1)在紙頁成形前將施膠劑添加于紙漿內的稱為漿內施膠劑；(2)在紙頁成形后涂飾于紙板表面的稱為表面施膠劑。

由于漿內施膠劑容易受生產條件(如水質、pH值、溫度和泵送時切變速率等因素)的影響；同時隨著印刷技術的改進、高速印刷和高粘度油墨的應用，對紙張表面強度提出了更高要求，單靠漿內施膠難以達到，必須對紙張進行表面施膠以達到使用要求。

目前我國造紙行業所采用的表面施膠劑主要有淀粉及改性淀粉、PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纖維素)等。淀粉類成本較低，但其粘結能力較差，在印刷時容易掉毛掉粉、造成糊版現象；且成紙后的光澤度較低；CMC薄膜強度大、抗油性好，但粘度過高，抗水性也較差。

PVA是目前造紙行業最常用的表面施膠劑，它是一種非常重要的水溶性高分子。PVA分子由疏水性主鏈和親水性側鏈組成，因而具有一定的表面活性，由于能夠形成致密膜而具有極好的表面強度，尤其是聚合度高的PVA，如1799、2099等；目前在鈔票紙中應用的PVA為1099，即聚合度為1000，醇溶解度為99％，其水溶液黏度較大，分子間通過氫鍵結合形成PVA致密膜，鍵合反應式如下：

但PVA用作表面施膠劑、尤其是用作鈔票紙表面施膠劑具有以下缺點：

(1)、鈔票紙表面層中的PVA致密膜，影響油墨分子(粒子)與紙纖維的牢固結合，最終導致某物化等級(即紙張與油墨的結合能力)急劇降低；

(2)、PVA分子具有一定的表面活性，易于在水溶液表面吸附；隨著表面層水分的揮發和氫鍵結合點的增多，PVA分子在施膠槽表面形成聚合物膜，即結皮現象；

(3)、PVA水溶液的黏度較大，在壓軋輥上殘留大量的施膠液，進而在施膠輥上結膜，難于清洗；

(4)、由硬性氫鍵形成的PVA膜，其脆性較大，最終導致紙張耐折度不高；

(5)、對提高紙張濕強度幾乎沒有作用。

除上述常用的表面施膠劑外，國外市場上常見的表面施膠劑還有苯乙烯-馬來酸酐聚合物(SMA)、苯乙烯-丙烯酸聚合物(SAA)、苯乙烯-丙烯酸酯聚合物膠乳(SAE)、水溶性聚氨酯(PUD)等聚合物表面施膠劑。但上述聚合物表面施膠劑在制備過程中均使用大量的溶劑或乳化劑，對環境及應用效果等產生不利影響；而且這些聚合物表面施膠劑在使用時一般要與表面施膠淀粉(陰離子或非離子型)一起使用，操作麻煩。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型的造紙用合成聚合物表面施膠劑，以提高紙張的表面施膠性能，提高油墨粒子與表面施膠劑及紙纖維的結合牢度。

本發明的另一個目的是提供一種上述表面施膠劑的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種表面施膠劑，它是具有下述通式I的聚合物的無皂乳液：

通式I

其中，R選自碳原子數為1～18的飽和脂肪醇基團；X選自Na⁺、K⁺、NH₄⁺等中的任意一種；n為10～1000。

R優選自碳原子數為4～18的飽和脂肪醇基團；X優選為Na+。

本發明表面施膠劑，即上述具有通式I的聚合物的無皂乳液可以通過下述方法制得：該方法以聚乙烯醇為分散劑，苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺和順丁烯二酸酐四種單體為主要原料，在引發劑(如過硫酸鉀、過硫酸銨等過硫酸鹽)、交聯劑(如乙二醛、戊二醛、甲醛等)作用下，通過無皂乳液聚合而制得所述的聚合物表面施膠劑。該制備方法主要包括下述步驟：

(1)、聚乙烯醇溶液的制備：在安裝有冷凝裝置的反應釜中，加入適量90～95℃的熱水和固體聚乙烯醇，熱水和聚乙烯醇的重量比例為90～95∶5～10，在攪拌下保溫1～1.5h，直至聚乙烯醇完全溶解；

(2)、順丁烯二酸酐的堿中和：在聚乙烯醇溶液中加入計算量的順丁烯二酸酐，在攪拌下用堿液將體系的pH值調整至7.5～9.5；