一種新型造紙助劑直鏈AKD表面施膠劑的製備方法與流程
2023-05-07 02:17:21
本發明屬於有機合成的技術領域，具體的涉及一種新型造紙助劑直鏈AKD表面施膠劑的製備方法。
背景技術：
AKD即烷基烯酮二聚體，是一種優良的中性反應型合成施膠劑，從目前使用情況來看，AKD已經成為國內造紙廠使用最成熟、最有成效的一種中性施膠劑。
傳統的AKD是以硬脂酸為原料經過醯氯化和二聚反應合成的，在常溫下是蠟狀固體，不溶於水。作為一種反應型施膠劑，它能與纖維素起酯化反應，增加與纖維的結合力；可以使用碳酸鈣為填料，降低生產成本，並且可以提高成紙的白度和不透明度，解決白泥回收處理等問題；利用AKD在中（鹼）性環境下抄紙可以減少設備的腐蝕，使紙機溼部系統清潔，並且有利於採用白水封閉循環，達到節水減排的目的。
傳統AKD在應用過程中也逐步暴露出一些問題：（1）AKD易水解，從而喪失施膠效果；（2）起始施膠速度較慢，熟化速度慢；（3）紙頁易出現打滑現象；（4）弱施膠度控制困難以及塗布輥易汙染；（5）存在假施膠現象。
現有技術中所公開的液體AKD製備方法中，一種是先將直鏈飽和脂肪酸和支鏈飽和脂肪酸醯氯化製得中間體，另一種是通過內烯烴和催化劑混合後與丙烯醯氯反應製得支鏈高碳醯氯中間體。雖然製得的AKD常溫下均為液體，但原料來源不夠廣泛，醯化後製備的中間體純度較低，較難滿足規模化的工業生產。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服傳統AKD產品以及現有AKD製備方法中存在的缺陷和不足，而提供一種新型造紙助劑直鏈AKD表面施膠劑的製備方法，該製備方法採用高級不飽和脂肪酸為原料，有別於傳統製作AKD採用的飽和脂肪酸，醯氯化後，以三乙胺為催化劑，二聚合成新型直鏈AKD。選用直鏈分子結構，可使原料來源更為廣泛，適應大規模工業化生產；對比相似產品，通過優化製備工藝，並簡化中間體的製備過程，有效提升產品質量。通過所述製備方法能夠獲得新型直鏈AKD，該直鏈AKD主要應用於造紙表面施膠，表面施膠有別於漿內施膠，不存在施膠過程中的水解因素，因分子量和活性較高，具備施膠速度快、熟化快等優點，適用於各種紙張的表面施膠化處理。
本發明的技術方案為：一種新型造紙助劑直鏈AKD表面施膠劑的製備方法，包括以下步驟：
（1）將高級不飽和脂肪酸和有機鹼加入至合成反應釜中，其中按照質量比高級不飽和脂肪酸：有機鹼為500:3；開啟攪拌, 攪拌每分鐘50～70轉，並加熱至50～80℃，保持合成反應釜內溫度為50～80℃；
（2）滴加二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液，維持反應液溫度在50～80℃，其中所採用的二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液中按照質量比二（三氯甲基）碳酸酯：甲苯:高級不飽和脂肪酸為1:2:5；
（3）滴加完成後，在合成反應釜內加入活性炭，攪拌條件下維持溫度在50～80℃2～3小時,攪拌每分鐘50～70轉；其中按照質量比活性炭：高級不飽和脂肪酸為1:200；
（4）保持溫度50～80℃下通氮氣趕出反應過程產生並殘留於反應液中的氯化氫及光氣；
（5）採用自清式過濾器進行過濾，去除活性炭，得到新型直鏈AKD中間體並放置緩衝罐中；
（6）加入三乙胺和甲苯至合成反應釜中，開啟攪拌, 攪拌每分鐘50～70轉，其中按照質量比三乙胺：甲苯為16:9；三乙胺:AKD中間體為1.2:1；
（7）通過計量泵將新型直鏈AKD中間體滴加至合成反應釜中，控制溫度在50～80℃；只有採用滴加的方式才能把反應過程中產生的熱量及時移走，從而保證產品的質量；
（8）滴加完畢後，攪拌條件下繼續保溫2小時得到反應液；
（9）在萃取釜中加入預熱至70℃質量分數為5%的鹽酸並攪拌, 攪拌每分鐘50～70轉，其中按體積比鹽酸：反應液為1:4；
（10）把合成反應釜中的反應液全部轉移至萃取釜，靜置分液至界面清晰，分出下層水相；
（11）繼續倒入此時反應液體積四分之一的稀鹽酸於萃取釜中，洗滌上層油相；
（12）重複上述步驟，直至下層水相澄清，並分出水相；
（13）油相導入減壓蒸餾釜中，減壓蒸餾去除甲苯，得到新型直鏈AKD成品。
所述步驟（1）中高級不飽和脂肪酸為單體酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和大豆油脂肪酸中至少一種。
所述步驟（1）中有機鹼為吡啶、三乙胺和DMF中至少一種。
所述步驟（3）中活性炭預先經過加熱乾燥，所採用的活性炭粒徑至少為200目。
所述步驟（13）中減壓蒸餾控制真空度在-0.08～-0.05MPa，溫度控制在120℃。
所述步驟（6）中分別控制甲苯和三乙胺的含水量均小於等於0.2%。
本發明的有益效果為：本發明所述製備方法中所採用的二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液中二（三氯甲基）碳酸酯與甲苯的質量比例最佳為1:2，只有採用這個比例才能既保證反應的充分又能保證副產物較少。加熱可有效縮短溶液配製時間，溫度最佳為50～80℃。活性炭經過乾燥處理，可有效避免水分的介入，從而避免造成對中間體質量的影響。所述製備方法在高級不飽和脂肪酸物料中滴加二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液時，要保持滴加速度大體一致，避免反應速度出現不均衡，採用滴加的方式才能把反應過程中產生的熱量及時移走，從而保證產品的質量。同時始終保持反應液溫度為50～80℃，在產率、速度和質量上找出平衡點，只有這樣的條件才能保證反應充分進行,副產物較少，產品質量較高。製備方法在實施過程中，嚴格控制甲苯、三乙胺的含水量，水分控制在0.2%範圍之內。5%的稀鹽酸預先加熱至70℃，可以大大節約能源。
通過本發明所述製備方法得到的AKD產品區別於傳統蠟狀固體AKD，常溫下為紅棕色澄清透明油狀液體，產率≥88.5%，純度≥90.01%，酸值1.22mg/KOHg，碘值160.4gI2/100g。
實踐證明，本新型直鏈AKD具有簡化生產工藝，直接灌裝,不和空氣接觸，避免了傳統AKD製備中的水解問題,便於包裝、存儲、運輸，降低生產成本，在紙廠應用中，可現場乳化，設備簡單、便於操作、省時省力，將乳化後的AKD乳液按比例加入施膠壓輥塗布料槽即可，或加入表面施膠澱粉糊化液中混合使用。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明進行詳細說明。
將1500g高級不飽和脂肪酸、9g有機鹼加入到5L反應瓶中，開啟攪拌，並加熱至50～80℃；滴加質量分數為33%的二（三氯甲基）碳酸酯甲苯溶液1600g，維持反應液溫度在50～80℃；加入8g乾燥後的活性炭，攪拌條件下維持溫度在50～80℃2～3h；在溫度為 50～80℃條件下，通氮氣趕出反應液中殘留的氯化氫及光氣；通過布氏漏鬥減壓過濾，去除活性炭，得到新型直鏈AKD中間體，放在具塞單口瓶中密閉保存；在另一5L反應瓶中中加入三乙胺640g、甲苯1000g，開啟攪拌；通過恆壓滴液漏鬥滴加中間體至反應瓶中，控制溫度在50～80℃；滴加完畢後，攪拌條件下繼續保溫2小時；反應瓶中加入反應液體積四分之一的5%稀鹽酸，攪拌；反應液全部倒入梨形分液漏鬥中，靜置分液至界面清晰，分出下層水相；繼續倒入料液四分之一比例的稀鹽酸於梨形分液漏鬥中，洗滌上層油相；重複上述步驟，直至下層水相澄清，並分出水相；油相導入減壓蒸餾裝置，在-0.08MPa，120℃條件下減壓蒸餾去除甲苯，得到新型直鏈AKD成品。
高級不飽和脂肪酸為單體酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和大豆油脂肪酸中至少一種。有機鹼為吡啶、三乙胺和DMF中至少一種。
所述活性炭預先經過加熱乾燥，所採用的活性炭粒徑至少為200目。
分別控制甲苯和三乙胺的含水量均小於等於0.2%。