[发明专利]一种基于阳离子型Janus粒子制备造纸施胶乳液的方法

说明书

本发明公开了一种基于阳离子型Janus粒子制备造纸施胶乳液的方法，属于造纸施胶技术领域。该方法可以解决目前使用阳离子淀粉、Pickering颗粒等制备施胶乳液存在的乳化效果不好等问题。所述制备方法包括首先制备淀粉稳定的种子乳液，然后加入阳离子单体和阳离子引发剂，制备阳离子型Janus粒子，然后将阳离子型Janus粒子与施胶剂混合，充分乳化后得到造纸施胶乳液。本发明提供的施胶乳液制备方法用于造纸施胶时，不仅可以改善稳定及施胶效果，而且阳离子型Janus粒子可以吸附于带负电的纤维表面，提高Janus粒子利用率，相对于采用阳离子淀粉或Pickering颗粒制备的施胶乳液，施胶效率有明显提高。

技术领域

本发明属于一种造纸施胶乳液的制备方法，特别涉及一种基于阳离子型Janus粒子制备造纸施胶乳液的方法。

背景技术

表面施胶技术是提高纸和纸板性能的重要方法，可以有效改善纸页的表面性能及物理性能。目前国内造纸企业使用的施胶剂主要包括烯基琥珀酸酐、烷基烯酮二聚体、石蜡、松香等。由于施胶剂本身不溶于水，因此在使用时，必须经过乳化才能均匀分散用于施胶工艺，因此乳化技术成为影响施胶效果及纸张性能的重要因素；另一方面，由于施胶剂本身不带电荷，单独使用施胶剂难以在纤维上留着，通常的做法是将施胶剂乳化后带上正电荷而吸附到带负电荷的纤维上，从而提高施胶剂的留着率率，降低生产成本。

目前，施胶剂的乳化工艺通常采用阳离子淀粉作为乳化剂，虽然阳离子淀粉的价格低廉、带有正电荷有助于抑制施胶剂水解，但阳离子淀粉的分子量大而电荷密度低，对施胶剂的乳化效果并不好，需要大量使用，但大量使用的阳离子淀粉时，又会降低施胶剂含量并影响纸张性能。鉴于阳离子淀粉存在的上述问题，国内部分企业开始改用天然或合成的固体颗粒制备施胶乳液，如锂皂石、纳米二氧化钛颗粒、蒙脱石、膨润土、量子点、纤维素晶体等，即通过固体颗粒的Pickering效应稳定施胶乳液。以固体颗粒稳定的Pickering乳液，乳液的稳定性有所提高，但缺点是此类固体颗粒的组成及表面性质均一，表现出单一的亲水性或疏水性，在降低界面张力方面的能力较弱，导致此类固体颗粒的稳定效果不佳。往往需要对固体颗粒表面进行再次改性，或与其它物质复配后混合使用，但通常的改性方法只能在固体颗粒表面随机形成亲水或疏水区域，成本上升却改进效果有限；复配通常需要使用两种或两种以上物质，多种物质加入造纸系统中对生产体系的影响难以预料，而且总有部分物质不能驻留在纸张表面而流失，进入造纸废水中的多种物质又对后续的废水处理造成新的麻烦。综上所述，为解决现有技术存在的问题，仍需进一步开发用于造纸生产的施胶乳化技术及相关材料。

Janus概念是法国科学家de Gennes在其1991年获诺贝尔奖时，在获奖感言中首次提出并用于描述一类具有双重性质的两面异性材料。Janus材料由于在同一材料上同时具有两种不同甚至相反性质，因此具有独特的物理化学特性，在很多领域具有良好的应用前景。但早期阶段的Janus材料，合成困难，成本高昂，无法实现工业化规模生产。近十年来，Janus材料的合成技术持续发展，其生产成本不断降低且技术越来越成熟，对Janus颗粒微观形貌的调控越来越精确，这才为大批量工业生产用于其它工业领域提供了可能。

Janus材料的一个重要优点是可以将分子表面活性剂与固体颗粒的优点相结合，两面分别具有亲水性和亲油性的Janus颗粒，其乳化性能在某些方面类似于同时具有亲水基团与疏水基团的表面活性剂，其亲水一面进入水相，亲油一侧进入施胶剂液滴构成的油相，从而稳定在施胶剂/水相的界面处；另一方面，本身就是颗粒的Janus粒子也具有固体颗粒的Pickering效应，因此Janus粒子具有很强的乳化能力和乳液稳定能力。计算及实验均证明，Janus粒子的脱附能是普通固体颗粒的3倍以上，由Janus粒子稳定的乳液属于热力学稳定体系，因此可以使用更少量的Janus粒子实现与普通固体颗粒同样的稳定效果。

综上所述，提出一种通过Janus材料制备造纸施胶乳液的方法，对改善施胶乳液稳定性及纸张性能具有重要意义和良好前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于阳离子型Janus粒子制备造纸施胶乳液的方法。