[发明专利]一种生物可降解固体颗粒乳化剂及造纸施胶剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物可降解固体颗粒乳化剂及造纸施胶剂，属于造纸施胶剂及相关工业乳化技术领域。

背景技术

水不溶性的造纸施胶剂需要乳化成水包油型的乳液才能与以水作为介质的造纸体系相容。近年来，由于ASA施胶剂反应活性高、胶料成本低、熟化速率快、而被广泛用于高级纸和纸板内施胶，特别是适用于机内涂布的大型高速纸机的施胶。然而，ASA是一种高反应活性的造纸中性施胶剂，水解速度很快，其乳液在室温贮存时间超过1小时后，施胶效果降低，水解物会造成纸张抄造障碍并降低施胶效率，因此，使用ASA时要求它能被快速乳化，乳化后的乳液应尽快使用。而烯基琥珀酸酐(ASA)不但极易发生水解，也极易发生醇解、氨解，所以醇类、羧酸类、氨类化合物不宜作为ASA的乳化剂。目前ASA施胶剂的乳化主要是利用阳离子淀粉和低分子表面活性剂来现场乳化，并立刻使用。然而，淀粉需要先糊化、冷却之后再使用，使得ASA乳化工艺颇为复杂，不易控制，且常常引起沉积、堵塞毛毯等问题。其中的表面活性剂也给施胶带来一定的不利影响，并且对环境也带来一定的污染。而固体颗粒由于可避免表面活性剂给环境带来的不利影响、稳定高浓分散相乳液且乳液受pH值、盐浓度、温度及油相组成的变化影响较小，受到越来越多的关注。如美国专利US6,346,554披露了一种利用天然植物胶来稳定ASA乳液的方法，据称植物胶可通过提高ASA在纤维上的留着率、减少ASA的水解和由此引起的沉积问题及在纤维表面形成更为均匀的膜而提高ASA的施效率。美国专利US5,962,555披露了一种利用紫罗烯聚合物和聚乙烯亚胺的混合物来乳化ASA的方法，其中的紫罗烯聚合物不但可提高施胶效率还具有杀菌的作用。这些发明虽然免除了淀粉糊化给操作上带来的不方便，然而，为了获得稳定ASA乳液，仍然需要添加2％左右的表面活性剂。美国专利US6,284,099披露了一种利用造纸阴离子微粒助留剂如膨润土、胶体二氧化硅、有机微粒与少量表面活性剂和螯合剂稳定ASA乳液的方法，可将微粒助留剂与施胶剂合二为一，简化了操作，降低了表面活性剂的用量。但仍不能完全避免表面活性剂带来的不利影响，且微粒组分添加量过大，所制备的ASA乳液浓度很低，不利于乳液的贮存，ASA水解严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够用于乳化ASA施胶剂、且具备良好乳化效果的新型乳化剂及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述采用上述新型乳化剂乳化稳定ASA施胶剂的方法及所获得的ASA施胶剂乳液。

本发明的目的具体通过下述技术方案实现：

一种生物可降解固体颗粒乳化剂（简称“CPs”），是由纤维素纳米晶体和聚乳酸-羟基乙酸共聚物制备而成；所述聚乳酸-羟基乙酸共聚物是指，聚乳酸和聚羟基乙酸按照1:1（摩尔比）聚合而成的共聚物，其分子量为92000–110000g/mol，特征粘度为0.9~1.3dL/g。

采用上述“CPs”所制备的ASA乳液的液滴粒径在3.4μm左右；其乳化稳定效果好，施胶效果好。但是，并不是任何分子量、特征粘度的聚乳酸-羟基乙酸共聚物均可以与纤维素纳米晶体制备出上述生物可降解固体颗粒乳化剂；所以，上述技术方案对聚乳酸-羟基乙酸共聚物的分子量和特征粘度进行了限定。

所述纤维素纳米晶体，是将微晶纤维素置于质量浓度为64％的硫酸溶液中，在45℃、约100转/分的磁力搅拌条件下水解30分钟，然后离心洗涤除去剩余酸溶液，再经过透析和超声波处理后得到的柱状纳米颗粒。虽然，采用任意尺寸的纤维素纳米晶体均能制备出生物可降解固体颗粒乳化剂；但是，纤维素纳米晶体的尺寸，会直接影响所制备的CPs的尺寸，从而影响CPs的乳化、稳定效果。当纤维素纳米晶体的尺寸为“长50-300nm，宽3-20nm”的尺寸范围，所制备的CPs的乳化、稳定效果较好。而当纤维素纳米晶体的尺寸为“长100-200nm、宽5-10nm”时，所制备的CPs粒径在180nm左右，低于200nm；用该CPs所制备的ASA乳液液滴粒径低于2.5μm，用其乳化稳定的ASA造纸施胶剂浆内施胶效果比用其它尺寸的CPs乳化稳定的ASA造纸施胶剂浆内施胶效果更好。

所以，上述生物可降解固体颗粒乳化剂，优选的，纤维素纳米晶体的尺寸为“长50-300nm，宽3-20nm”；更优选的，纤维素纳米晶体的尺寸为“长100-200nm、宽5-10nm”。

另外，上述纤维素纳米晶体的制备过程中，采用任何透析、超声波处理参数均可以制备出纤维素纳米晶体；其中，本发明所用参数为：3500分子量透析袋，100W功率超声波处理。