造纸涂布用改性羧甲基纤维素及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及造纸涂布技术领域，公开了一种造纸涂布用改性羧甲基纤维素及其制备方法和应用。该方法包括：原料准备；微晶纤维素改性；混配复合。本发明专利技术中，在羧甲基纤维素为基础的保水剂体系中以适量混配的羧甲基淀粉提高其保水性并改善其流变性；以适量混配的多元改性微晶纤维素进一步优化其流变性，钝化对电解质的敏感性并强化其对造纸涂布配方中无机填料粒子的缔合与分散能力；通过多元改性微晶纤维素上的活性基团和极性基团，赋予其对造纸涂布配方中高分子胶乳涂膜增强、增韧的能力和优良的溶胀、分散能力以及良好的相容性。此外，低温粉碎同步混配技术有助于本发明专利技术造纸涂布用改性羧甲基纤维素中各种改性组分之间的有效协同。同。

【技术实现步骤摘要】
造纸涂布用改性羧甲基纤维素及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及造纸涂布
，具体涉及一种造纸涂布用改性羧甲基纤维素及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]羧甲基纤维素钠(CMC
‑
Na)能够在不同的温度下形成稳定的网状结构，既是颜料和填料的强力分散剂和粘结剂，又是具有乳化作用的保水剂。在造纸产业中，主要用于湿部添加、表面施胶和纸张涂布等生产环节。在纸张的涂料涂布工艺中，其主要作用包括：提高涂料浆液的保水值和粘度，抑制水性胶乳和颜料的双向迁移；改善涂料浆液流变性，提高涂层均匀性；防止颜料凝聚，使涂料及其中各组分均匀分布并赋予涂料浆液良好的稳定性；降低总胶量、提高固含量，抑制纤维膨润和起皱；提高纸张表面强度，降低能耗、提高生产效率。
[0003]目前，改善羧甲基纤维素应用性能的技术措施主要还是从提高CMC取代度、接枝改性和提高产品的分子量或聚合度(引入交链)等方面着手。然而，目前公开的CMC物理复合改性产品并没有充分考虑复合组分及其与造纸涂布涂料体系中各组分之间的配伍性和相互增效作用，导致其出现新的应用性能缺陷；而CMC的化学改性产品则仍为可充分液化且无化学活性的线性高分子，其对游离水的锁定更多地是借由其化学亲水性，而缺乏基于交联结构的物理锁水机制，因此其保水值并不理想，其对涂料配方中乳胶膜的机械增强、增韧作用也缺乏考虑和设计。
[0004]具体地，对羧甲基纤维素(CMC)的改性方法主要有：
[0005]1、物理改性
[0006]即对CMC的物理复合改性技术，涉及的复合改性原料主要包括：纤维素醚(如羟乙基纤维素)、羧甲基淀粉、海藻酸钠和氧化淀粉等。
[0007]如王永刚、张杨、王耀、王慧霞所著“保水流变剂在无碳复写纸CF涂料中的应用”(《中华纸业》2015年36卷第16期)公开的基于CMC的造纸涂布用保水剂的复配改性方法：以具有良好增稠、悬浮、分散、成膜、保护水分和胶体保护等特性的氧化乙烯和碱纤维素反应的产物“羟乙基纤维素(HEC)”与CMC进行复配。
[0008]作为保水剂，该方法制得的改性CMC具有优良的涂料保水效果和涂料流变性，且其与涂布淀粉、大豆蛋白及丁苯胶乳的相容性良好，同时还可有效分散颜料，防止其沉降和凝聚。然而，由于纤维素为高聚合度的线性高分子，其对游离水的锁定主要靠羧基的化学亲水性，而缺乏基于交联结构的物理锁水机制，导致其流变性及保水性存在天然缺陷。同时，该方法改性后的CMC作为保水剂化料相对困难，且其中的复合组分缺少与涂料配方中胶乳、颜料、填料等的物理及化学相互作用，该方法不但没有考虑强化保水剂对乳胶膜的增强、增韧作用，而且对必要的多渠道防渗/防迁移、流变性改善等技术问题也缺乏考虑，采用该方法制得的改性CMC不适用于高速涂布机。
[0009]2、化学改性
[0010]即对CMC进行化学结构特征的改造，主要包括：提高CMC的取代度、CMC的交联改性
和CMC的接枝共聚改性等。
[0011]如李正雄所著“高取代度羧甲基纤维素活性印花糊料”(《印染》2013年第9期)和陈楷、翟华敏、程金兰所著“羧甲基纤维素特性及其湿部工艺羧甲基纤维素特性及其湿部工艺对纸页增强的影响”(《中华纸业》2017年38卷第6期)公开的对不同取代度CMC主要应用性能的研究：选用CMC的取代度为DS＝0.60～1.97，对其粘度、流变性、成糊率、抱水性和纸页增强效果等主要应用性能进行了研究。
[0012]如徐继红、赵素梅、李忠所著“微波辐射羧甲基纤维素接枝2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸制备高吸水性树脂”(《石油化工》2012年41卷第4期)公开的CMC接枝改性技术：以N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂、过硫酸铵(APS)为引发剂，采用微波辐射法在羧甲基纤维素钠上接枝2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸(AMPS)，合成了耐盐高吸水性树脂。
[0013]作为保水剂，尽管高取代度的CMC具有成糊率高和抱水性(对弱结合水的锁定能力)及流变性较好的优势，但功能接枝的CMC具有与胶乳、颜料、填料等更显著的相互作用或相容性。然而，由于改性后的纤维素仍然是没有分支的链状分子，其连接C1和桥氧的键与葡萄糖环位于同一平面(β
‑
连接)，形成的聚合物分子呈现伸长的带状，其对游离水的锁定更多地是借由其化学亲水性，而缺乏基于交联结构的物理锁水机制，因此其保水值并不理想；同时，化学改性的CMC不仅成本较高，且流变性甚至可能劣于未改性的CMC；此外，这类能够充分液化的改性CMC并不具有对乳胶膜的机械增强和增韧作用，其较弱的保水能力也不利于抑制涂料的渗化和迁移。作为保水剂，缺乏针对性设计的化学改性CMC并不适用于高速涂布机。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的CMC保水性、流变性和耐盐性差、对造纸涂布配方中无机填料粒子的缔合与分散能力不佳，缺乏对造纸涂布配方中高分子胶乳涂膜增强、增韧的能力的问题，提供了一种造纸涂布用改性羧甲基纤维素及其制备方法和应用，采用该方法制备的改性羧甲基纤维素可用于造纸湿部添加、表面施胶和纸张涂布等生产环节，并在纸张涂布涂料体系中具有鲜明的特色和优势。
[0015]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种造纸涂布用改性羧甲基纤维素的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0016](1)原料准备：所述原料包括羧甲基纤维素、羧甲基淀粉、二异氰酸酯、活性中间体、微晶纤维素、催化剂和溶剂；
[0017]所述羧甲基纤维素的取代度不低于0.8，且氯化钠含量不超过5重量％；
[0018]所述羧甲基淀粉的取代度不低于0.8，且氯化钠含量不超过5重量％；
[0019]所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或异氟尔酮二异氰酸酯；
[0020]所述活性中间体为脂肪醇聚氧乙烯醚、丙烯酸羟烷基酯和α
‑
羟基羧酸三者的混合物，且三者的含水量均不高于1重量
‰
；
[0021]所述微晶纤维素其平均粒径为3～5μm，且结晶度为75～85％；
[0022]原料中各组分的重量份数为：以羧甲基纤维素的重量为100重量份计，羧甲基淀粉的重量为10～15份，二异氰酸酯、活性中间体和微晶纤维素的总重量为10～15份；
[0023]二异氰酸酯与活性中间体的摩尔比为1:1，活性中间体中脂肪醇聚氧乙烯醚、丙烯
酸羟烷基酯、α
‑
羟基羧酸三者之间的摩尔比为1.0～1.5：1.0～1.5：1.0～1.5；
[0024]二异氰酸酯和活性中间体的总重量与微晶纤维素的重量比为3～7:100；
[0025]催化剂的用量为微晶纤维素总重量的0.6～0.9重量
‰
；
[0026]溶剂的用量为微晶纤维素总重量的2～3倍；
[0027](2)微晶纤维素改性：将活性中间体通过二异氰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种造纸涂布用改性羧甲基纤维素的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)原料准备：所述原料包括羧甲基纤维素、羧甲基淀粉、二异氰酸酯、活性中间体、微晶纤维素、催化剂和溶剂；所述羧甲基纤维素的取代度不低于0.8，且氯化钠含量不超过5重量％；所述羧甲基淀粉的取代度不低于0.8，且氯化钠含量不超过5重量％；所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或异氟尔酮二异氰酸酯；所述活性中间体为脂肪醇聚氧乙烯醚、丙烯酸羟烷基酯和α
‑
羟基羧酸三者的混合物，且三者的含水量均不高于1重量
‰
；所述微晶纤维素其平均粒径为3～5μm，且结晶度为75～85％；原料中各组分的重量份数为：以羧甲基纤维素的重量为100重量份计，羧甲基淀粉的重量为10～15份，二异氰酸酯、活性中间体和微晶纤维素的总重量为10～15份；二异氰酸酯与活性中间体的摩尔比为1:1，活性中间体中脂肪醇聚氧乙烯醚、丙烯酸羟烷基酯、α
‑
羟基羧酸三者之间的摩尔比为1.0～1.5：1.0～1.5：1.0～1.5；二异氰酸酯和活性中间体的总重量与微晶纤维素的重量比为3～7:100；催化剂的用量为微晶纤维素总重量的0.6～0.9重量
‰
；溶剂的用量为微晶纤维素总重量的2～3倍；(2)微晶纤维素改性：将活性中间体通过二异氰酸酯接枝到微晶纤维素颗粒表面，制得多元改性微晶纤维素；(3)混配复合：将羧甲基纤维素、羧甲基淀粉和步骤(2)制得的多元改性微晶纤维素进行混配，制得造纸涂布用改性羧甲基纤维素。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脂肪醇聚氧乙烯醚其化学结构通式为RO
‑
(CH2CH2O)
n
‑
H，其中，R为C10～C15的烷基，n＝10～25，且n为整数。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸羟烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐舒颍，徐振明，权衡，陈正学，余祖光，卫增峰，倪丽杰，
申请(专利权)人：湖北达雅生物科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：