一種瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法及其產品與應用與流程
2023-05-07 02:16:56 3
本發明屬於造紙化學品生產領域，具體涉及一種瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法和由該製備方法所製得的產品，以及該產品的應用。
背景技術：
瓦楞紙是由掛麵紙和通過瓦楞棍加工而形成的波形的瓦楞紙粘合而成的板狀物，一般分為單瓦楞紙板和雙瓦楞紙板兩類，按照瓦楞的尺寸分為：A、B、C、E、F五種類型。瓦楞紙的發明和應用有一百多年歷史史，具有成本低、質量輕、加工易、強度大、印刷適應性樣優良、儲存搬運方便等優點，80%以上的瓦楞紙均可通過回收再生，瓦楞紙可用作食品或者數碼產品的包裝，相對環保，使用較為廣泛。
目前，瓦楞紙板已獲得為各種各樣的商品製作包裝而全面的普及、推廣和應用。由於使用瓦楞紙板製成的包裝容器對美化和保護內裝商品有其獨特的性能和優點，其在與多種包裝材料的競爭中獲得了極大的成功，成為迄今為止長用不衰並呈現迅猛發展的製作包裝容器的主要材料之一。
瓦楞紙板通常由面紙、裡紙、芯紙和加工成波形瓦楞的瓦楞紙通過粘合而成。根據商品包裝的需求，瓦楞紙板可以加工成單面瓦楞紙板、三層瓦楞紙板、五層、七層、十一層等瓦楞紙板。其中，單面瓦楞紙板一般用作商品包裝的貼襯保護層或製作輕便的卡格、墊板以保護商品在貯存的運輸過程中的震動或衝撞，三層和五層瓦楞紙板在製作瓦楞紙箱中最常用。
許多商品的包裝通過三層或五層瓦楞紙板進行簡單而精美的包裝，在瓦楞紙箱或瓦楞紙盒的表面印製靚麗多彩的圖形和畫面，這不但保護了內在的商品，而且對所包裝的商品起到了宣傳和美化作用。而七層或十一層瓦楞紙板主要用作機電、烤菸、家具、摩託車、大型家電等製作包裝箱；在特定的商品中，可以用這種瓦楞紙板組合製成內、外套箱，便於製作且利於商品的盛裝、倉儲和運輸。隨著環保的需要和國家相關政策的要求，這類瓦楞紙板製作的商品包裝，有逐漸取代木箱包裝的趨勢。
目前，瓦楞紙或瓦楞紙板的生產與製備工藝正在持續進行改進，逐漸從高克重向低克重方向發展；並且優先採用廢紙代替木漿，雖然如此所得的成紙強度較差且吸水值高；此外，由於存在著內部施膠可變因素較多所導致的紙張質量不穩定、檔次很難提高的問題，大部分生產廠家少用或放棄內部施膠，轉而採用表面施膠進行彌補的工藝已成為流行趨勢。
對於上述表面施膠過程，在生產工藝中相應地對施膠劑具有以下要求：a)有效提高環壓強度；b) 顯著降低Cobb值（吸水值）；c) 熟化速度快，要求下機就熟。然而，市面上現有的絕大部分表面施膠劑雖能在一定程度上提高瓦楞紙的環壓強度，但是往往存在施膠劑用量大而成本高的問題。
在現有技術中，例如中國專利CN102660899A公開的一種施膠劑，雖然熟化速度快，並且不返潮，但是未能明顯提高瓦楞紙的環壓強度。
因此，研發出一種既能夠有效提高瓦楞紙的環壓強度，且顯著降低Cobb值，又能夠保證熟化速度快的瓦楞紙用表面施膠劑，是本領域技術人員當前研發的重點之一。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明旨在獲得一種瓦楞紙用表面施膠劑，該表面施膠劑不但可大幅降低Cobb值，且能快速熟化，基本下機就熟，而且能夠在施膠劑用量不變的情況下大幅度提高瓦楞紙的環壓強度。
因此，本發明的第一方面提供了一種瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法，包括以下步驟：
將瓦楞紙用表面施膠劑基料、陽離子添加劑混合均勻，即製得所述瓦楞紙用表面施膠劑；其中，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的使用量為100重量份，所述陽離子添加劑的使用量為5~50重量份；
其中，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法包括如下步驟：
將陽離子單體、鋯鹽、（甲基）丙烯酸酯類單體、（甲基）苯乙烯、引發劑、醋酸和水加入至反應容器中，進行自由基聚合反應，生成所述瓦楞紙用表面施膠劑基料；
其中，所述陽離子添加劑的製備方法包括如下步驟：
將烷基烯酮二聚體加入至陽離子乳化劑的水溶液中，充分攪拌，進行乳化分散，獲得陽離子添加劑。
另外，測得按照以上製備方法所製得的瓦楞紙用表面施膠劑的固含量為15wt%～45wt%，pH=1～6。
優選地，在所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中，各組分的重量份配比如下：
（甲基）苯乙烯 100份
（甲基）丙烯酸酯類單體 20～100份
陽離子單體 20～100份
鋯鹽 1～10份
引發劑 0.3～5份
醋酸 2～10份
水 160～1785份。
優選地，在所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中，所述（甲基）丙烯酸酯類單體選自以下任一種或多種：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸異辛酯；所述陽離子單體為丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯和/或甲基丙烯醯胺丙基二甲基胺；所述鋯鹽為碳酸鋯和/或醋酸鋯；所述引發劑選自以下任一種或多種：過氧化二苯甲醯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二月桂醯、過氧化-2-乙基已酸叔丁酯。
優選地，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中的自由基聚合反應的反應溫度為80～140℃，反應時間為3～8小時。
另外，測得按照以上製備方法所製得的瓦楞紙用表面施膠劑基料的固含量為15wt%～45wt%，pH=1～6。
優選地，在所述陽離子添加劑的製備方法中，各組分的重量份配比如下：
烷基烯酮二聚體 100份
陽離子乳化劑 30～70份
水 158～965份。
優選地，在上述製備方法中，所述陽離子乳化劑為十六烷基三甲基氯化銨和/或十八烷基三甲基氯化銨。
優選地，在所述陽離子添加劑的製備方法中，反應溫度為70～95℃，反應時間0.1～1小時，攪拌速度600～3000 rpm/min。
本發明的第二方面提供了一種瓦楞紙用表面施膠劑，其由本發明第一方面所述的製備方法製得。
本發明的第三方面提供了一種本發明第二方面所述的瓦楞紙用表面施膠劑的應用，其特徵在於，所述瓦楞紙用表面施膠劑被用於瓦楞原紙的表面處理。
優選地，在上述應用中，所述表面處理為：將所述瓦楞紙用表面施膠劑與澱粉一起對所述瓦楞原紙進行表面施膠。
本發明所提供的瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法中，發明人發現在瓦楞紙用表面施膠劑基料中加入陽離子添加劑，出乎意料地大幅度提高了瓦楞紙的環壓強度，同時使得瓦楞紙的Cobb值也明顯下降；並且，在相對溼度95%的環境下將該瓦楞紙放置24小時，其環壓強度下降不明顯。這可能是由於瓦楞紙用表面施膠劑基料和烷基烯酮二聚體複合使用具有一定的協同作用，使得基料中陽離子單體以及烷基烯酮二聚體能夠同纖維表面大量的羥基鍵合，從而提高細小纖維之間的作用力，以顯著提升瓦楞紙表觀的環壓強度。同時，所述陽離子添加劑中的陽離子乳化劑能進一步起到架橋作用，增強瓦楞紙用表面施膠劑基料與陽離子添加劑的協同作用，提高瓦楞紙的環壓強度的同時，降低Cobb值。
此外，發明人還發現，使用本發明所提供的表面施膠劑與澱粉一起在瓦楞紙上進行表面施膠，且在降低澱粉用量24%~28%時，仍然能夠獲得達到要求的環壓強度與Cobb值，因此，本發明所提供的瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法能夠顯著減少施膠時原料（澱粉）的用量，從而有效降低工業成本。
進一步可知，本發明所提供的瓦楞紙用表面施膠劑是一種能滿足紙張表面施膠要求的高性能、環保的產品。該產品與澱粉一起對瓦楞原紙進行表面施膠，不但能明顯降低瓦楞紙的Cobb值，加快熟化速度，且能大幅度提高瓦楞紙的環壓強度。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步闡述，但本發明並不限於以下實施方式。
第一方面，提供了一種瓦楞紙用表面施膠劑的製備方法，包括以下步驟：
將瓦楞紙用表面施膠劑基料、陽離子添加劑混合均勻，即製得所述瓦楞紙用表面施膠劑；其中，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的使用量為100重量份，所述陽離子添加劑的使用量為5~50重量份；
其中，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法包括如下步驟：
將陽離子單體、鋯鹽、（甲基）丙烯酸酯類單體、（甲基）苯乙烯、引發劑、醋酸和水加入至反應容器中，進行自由基聚合反應，生成所述瓦楞紙用表面施膠劑基料；
其中，所述陽離子添加劑的製備方法包括如下步驟：
將烷基烯酮二聚體加入至陽離子乳化劑的水溶液中，充分攪拌，進行乳化分散，獲得陽離子添加劑。
在一個優選實施例中，在所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中，各組分的重量份配比如下：
（甲基）苯乙烯 100份
（甲基）丙烯酸酯類單體 20～100份
陽離子單體 20～100份
鋯鹽 1～10份
引發劑 0.3～5份
醋酸 2～10份
水 160～1785份。
在一個優選實施例中，在所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中，所述（甲基）丙烯酸酯類單體選自以下任一種或多種：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸異辛酯；所述陽離子單體為丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯和/或甲基丙烯醯胺丙基二甲基胺；所述鋯鹽為碳酸鋯和/或醋酸鋯；所述引發劑選自以下任一種或多種：過氧化二苯甲醯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二月桂醯、過氧化-2-乙基已酸叔丁酯。
在一個優選實施例中，所述瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備方法中的自由基聚合反應的反應溫度為80～140℃，反應時間為3～8小時。
在一個優選實施例中，在所述陽離子添加劑的製備方法中，各組分的重量份配比如下：
烷基烯酮二聚體 100份
陽離子乳化劑 30～70份
水 158～965份。
在一個優選實施例中，所述陽離子乳化劑為十六烷基三甲基氯化銨和/或十八烷基三甲基氯化銨。
在一個優選實施例中，在所述陽離子添加劑的製備方法中，反應溫度為70～95℃，反應時間0.1～1小時，攪拌速度600～3000 rpm/min。
第二方面，提供了一種瓦楞紙用表面施膠劑，其由本發明第一方面所述的製備方法製得。
第三方面，提供了一種本發明第二方面所述的瓦楞紙用表面施膠劑的應用，其特徵在於，所述瓦楞紙用表面施膠劑被用於瓦楞原紙的表面處理。
在一個優選實施例中，所述表面處理為：將所述瓦楞紙用表面施膠劑與澱粉一起對所述瓦楞原紙進行表面施膠。
實施例1
（1）瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備：
A）將100g苯乙烯，20g丙烯酸正丁酯，20g丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯，0.3g過氧化二苯甲醯一併加入至容器中混合均勻，得混合單體，備用；
B）將161.47g去離子水升溫至80℃，備用；
C）在帶有冷凝器、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，先加入步驟A）所得的混合單體的10%，升溫至80℃，攪拌反應10分鐘後滴加步驟A）所得的剩餘的混合單體，滴加時間5小時，滴加結束後在80℃繼續保溫1小時，再加入10g醋酸，80℃攪拌反應1小時後再加入步驟B）中的熱水，繼續攪拌反應1小時，冷卻至25℃，再加入1g碳酸鋯，攪拌均勻，pH=2.10。經100目濾網過濾，得到所述瓦楞紙用表面施膠劑基料，固含量44.88wt%。
（2）陽離子添加劑的製備：
A）在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入100g烷基烯酮二聚體，升溫至70℃，完全熔融後在70℃保溫20分鐘，待用；
B）在實施步驟A）的同時，在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的另一個四口燒瓶中，加入30g十八烷基三甲基氯化銨和158.9g去離子水，充分攪拌至完全溶解，然後升溫至70℃並保溫；
C）將步驟B）中的攪拌速度調至600rpm/min，並將步驟A）所得熔融物在70℃下，於5～10分鐘內緩慢加入至步驟B）所得到的十八烷基三甲基氯化銨水溶液中，充分攪拌，高速分散0.1小時；接著，降低攪拌速度至200 rpm/min，並降溫至25℃，經100目濾網過濾，製得所述陽離子添加劑，其固含量為45.13wt%。
（3）瓦楞紙用表面施膠劑的製備：
將製得的瓦楞紙用表面施膠劑基料200g和製得的陽離子添加劑50g加入四口燒瓶中混合攪拌10分鐘，製得所述瓦楞紙用表面施膠劑，固含量為44.78wt%，pH=1.12。
實施例2
（1）瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備：
A）將100g甲基苯乙烯，100g丙烯酸異辛酯，100g甲基丙烯醯胺丙基二甲基胺，5g過氧化苯甲酸叔丁酯一併加入至容器中混合均勻，得混合單體，備用；
B）將1783g去離子水升溫至100℃，備用；
C）在帶有冷凝器、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，先加入步驟A）所得的混合單體的20%，升溫至140℃，攪拌反應10分鐘後滴加步驟A）所得的剩餘的混合單體，滴加時間1小時，滴加結束後在140℃繼續保溫0.5小時，再加入2g醋酸，140℃攪拌反應20分鐘後再加入步驟B）中的熱水，降溫至95℃攪拌反應半小時，然後冷卻至25℃，再加入10g碳酸鋯，攪拌均勻，pH=5.87。經100目濾網過濾，得到所述瓦楞紙用表面施膠劑基料，固含量15.17wt%。
（2）陽離子添加劑的製備：
A）在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入100g烷基烯酮二聚體，升溫至95℃，完全熔融後在95℃保溫20分鐘，待用；
B）在實施步驟A）的同時，在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的另一個四口燒瓶中，加入70g十六烷基三甲基氯化銨和963.3g去離子水，充分攪拌至完全溶解，然後升溫至95℃並保溫；
C）將步驟B）中的攪拌速度調至3000 rpm/min，並將步驟A）所得熔融物在95℃下，於5～10分鐘內緩慢加入至步驟B）所得到的十六烷基三甲基氯化銨水溶液中，充分攪拌，高速分散1小時；接著，降低攪拌速度至200 rpm/min，並降溫至25℃，經100目濾網過濾，製得所述陽離子添加劑，其固含量為15.09wt%。
（3）瓦楞紙用表面施膠劑的製備：
將製得的瓦楞紙用表面施膠劑基料200g和製得的陽離子添加劑20g加入四口燒瓶中混合攪拌10分鐘，製得所述瓦楞紙用表面施膠劑，固含量為15.07wt%，pH=5.89。
實施例3
（1）瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備：
A）將100g甲基苯乙烯，60g甲基丙烯酸乙酯，50g甲基丙烯醯胺丙基二甲基胺，3g過氧化-2-乙基已酸叔丁酯一併加入至容器中混合均勻，得混合單體，備用；
B）將503.7g去離子水升溫至100℃，備用；
C）在帶有冷凝器、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，先加入步驟A）所得的混合單體的15%，升溫至110℃，攪拌反應10分鐘後滴加步驟A）所得的剩餘的混合單體，滴加時間2小時，滴加結束後在110℃繼續保溫1小時，再加入5g醋酸，110℃攪拌反應40分鐘後再加入步驟B）中的熱水，降溫至95℃攪拌反應1小時，然後冷卻至25℃，再加入5g醋酸鋯，攪拌均勻，pH=3.38。經100目濾網過濾，得到所述瓦楞紙用表面施膠劑基料，固含量30.23wt%。
（2）陽離子添加劑的製備：
A）在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入100g烷基烯酮二聚體，升溫至85℃，完全熔融後在85℃保溫20分鐘，待用；
B）在實施步驟A）的同時，在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的另一個四口燒瓶中，加入50g十八烷基三甲基氯化銨和350g去離子水，充分攪拌至完全溶解，然後升溫至85℃並保溫；
C）將步驟B）中的攪拌速度調至2000 rpm/min，並將步驟A）所得熔融物在85℃下，於5～10分鐘內緩慢加入至步驟B）所得到的十八烷基三甲基氯化銨水溶液中，充分攪拌，高速分散0.5小時；接著，降低攪拌速度至200 rpm/min，並降溫至25℃，經100目濾網過濾，製得所述陽離子添加劑，其固含量為30.25wt%。
（3）瓦楞紙用表面施膠劑的製備：
將製得的瓦楞紙用表面施膠劑基料200g和製得的陽離子添加劑30g加入四口燒瓶中混合攪拌10分鐘，製得所述瓦楞紙用表面施膠劑，固含量為30.18wt%，pH=3.03。
實施例4
（1）瓦楞紙用表面施膠劑基料的製備：
A）將50g甲基苯乙烯，50g苯乙烯，20g甲基丙烯酸異丁酯，20g甲基丙烯酸甲酯，30g甲基丙烯醯胺丙基二甲基胺，50g丙烯酸-N,N-二甲胺基乙酯，2g過氧化二月桂醯一併加入至容器中混合均勻，得混合單體，備用；
B）將662g去離子水升溫至100℃，備用；
C）在帶有冷凝器、滴加裝置、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，先加入步驟A）所得的混合單體的15%，升溫至100℃，攪拌反應10分鐘後滴加步驟A）所得的剩餘的混合單體，滴加時間3小時，滴加結束後在100℃繼續保溫1小時，再加入7g醋酸，100℃攪拌反應30分鐘後再加入步驟B）中的熱水，降溫至95℃攪拌反應2小時，然後冷卻至25℃，再加入0.5g醋酸鋯、0.5g碳酸鋯，攪拌均勻，pH=2.23。經100目濾網過濾，得到所述瓦楞紙用表面施膠劑基料，固含量25.16wt%。
（2）陽離子添加劑的製備：
A）在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，加入100g烷基烯酮二聚體，升溫至90℃，完全熔融後在90℃保溫20分鐘，待用；
B）在實施步驟A）的同時，在帶有冷凝器、攪拌器、溫度計的另一個四口燒瓶中，加入60g十六烷基三甲基氯化銨和480g去離子水，充分攪拌至完全溶解，然後升溫至90℃並保溫；
C）將步驟B）中的攪拌速度調至1000 rpm/min，並將步驟A）所得熔融物在90℃下，於5～10分鐘內緩慢加入至步驟B）所得到的十六烷基三甲基氯化銨水溶液中，充分攪拌，高速分散0.8小時；接著，降低攪拌速度至200 rpm/min，並降溫至25℃，經100目濾網過濾，製得所述陽離子添加劑，其固含量為25.25wt%。
（3）瓦楞紙用表面施膠劑的製備：
將製得的瓦楞紙用表面施膠劑基料200g和製得的陽離子添加劑20g加入四口燒瓶中混合攪拌10分鐘，製得所述瓦楞紙用表面施膠劑，固含量為25.14wt%，pH=4.34。
應用實施例
按照中國專利CN102660899A公開的方法製備的施膠劑（用去離子水稀釋至固含量15wt%）作為對比例。
另外，按照上述實施例1~4製備施膠劑，並用去離子水稀釋至固含量15wt%。
施膠液的配置：配製500g 10wt%的氧化澱粉水溶液，升溫至90℃，糊化20分鐘，降溫至40℃，再分別加入對比例與實施例1～4製得的施膠劑（氧化澱粉（幹）：施膠劑（溼）=50：4），再加水稀釋至8wt%。
然後，分別將含有對比例和實施例1～4製得的施膠劑的各施膠液在120g瓦楞原紙上用10#塗布棒進行塗布，塗布量為2g/m2，塗布後分別在110℃烘箱中烘30秒或120秒，取出，冷卻至室溫，並進行以下檢測：
Cobb值測定：
採用杭州輕通博科自動化技術有限公司的XSH型可勃吸收性測定儀按GB/T 1540-1989方法檢測待測紙樣。
環壓強度測定：
採用杭州輕通博科自動化技術有限公司的CT300A壓縮強度測試儀檢測待測紙樣。
具體檢測結果見下表1，其中，Cobb值越低則表明吸水值越低，環壓指數越高則表明強度越大：
通過對比上表1中的數據可知，使用本發明實施例1~4製得的施膠劑與對比例相比，不但可大幅降低Cobb值，且能快速熟化，而且能夠在施膠劑用量不變的情況下大幅度提高瓦楞紙的環壓強度。
以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。