一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》是杭州紙友科技有限公司於2011年12月31日申請的專利，該專利的公布號為CN102587208A，授權公布日為2012年7月18日，發明人是姚獻平、鄭麗萍、龔關善、應曉榮、姚臻。

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》涉及一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法。它需要解決的技術問題是，提供一種能有效抵抗各種雜質干擾，又能增加紙張強度的抗干擾型再生紙的專用增強劑。該發明按如下步驟：1）陽離子化反應：陽離子化試劑與陽離子活化催化劑預混合活化；再和原澱粉一起連續管道反應。2）陰離子化反應：在前一反應體系中加入陰離子絡合劑與酸催化劑，在管道式反應器中，連續得到兩性澱粉初品。3）複合反應：在前一反應體系中加入抗干擾劑，在管道式反應中，連續得到最終產品。

2020年7月14日，《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法
• 申請人：杭州紙友科技有限公司
• 申請日：2011年12月31日
• 申請號：201110457570X
• 公布日：2012年7月18日
• 發明人：姚獻平、鄭麗萍、龔關善、應曉榮、姚臻
• 公布號：CN102587208A
• 地址：浙江省杭州市下沙經濟技術開發區3號大街50號
• Int. Cl.：D21H21/18(2006.01)I、C08B31/16(2006.01)I
• 代理機構：杭州杭誠專利事務所有限公司
• 代理人：俞潤體
• 類別：發明專利

專利背景

回收一噸廢紙能生產0.8噸好紙，少砍17棵樹，利用一噸廢紙漿可以：節約3～5立方米木材，1.0～1.5噸煤，3～100立方米水，300～800公斤化工原料，減少空氣污染75%，水污染35%，以及3立方米垃圾填埋場空間。正因為廢紙利用的意義如此重大，有的已開發國家對廢紙的回用已開始立法。

近年來，中國廢紙利用率大大提高。特別是以紙代木、以紙代金屬的綠色包裝成為發展趨勢，越來越被消費者青睞。由於廢紙在使用過程中受光照、細菌、霉變等影響導致纖維強度受損下降；再生纖維與原纖維的一個顯著不同點是再生纖維中含有各種化學添加劑、粘膠劑、油墨等，儘管經過疏解、脫墨、清洗等過程，已除去了許多雜化學物質，但保留的殘留化學添加劑、油墨、膠粘劑等化學雜質仍會對普通的增強劑產生干擾，嚴重影響增強效果。

發明內容

專利目的

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》需要解決的技術問題是，提供一種能有效抵抗各種雜質干擾，又能增加紙張強度的抗干擾型再生紙的專用增強劑。

技術方案

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》的基本原理是抗干擾型再生紙專用增強劑的陽離子取代基能吸附廢紙漿中的雜陰離子物質，並對本身的陰離子基團起保護作用，反之亦然，而且產品電性基本平衡，使造紙體系電位不會發生明顯變化，陰陽離子產生協同效應，提高套用效果；增強劑中的抗干擾劑能進一步消除廢紙漿體系中存在的雜化學物質干擾，強化套用效果，使增強效果更明顯。這種陰、陽離子互補效應加上與抗干擾劑的配合，是該發明的創新之處。

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》的抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，包括如下步驟：

1）陽離子化反應：陽離子化試劑與陽離子活化催化劑按1:1.0～2.0的摩爾比（優選為1:1.2～1.5）預混合活化3～20分鐘（優選為5～10分鐘）；經預混合活化的陽離子化試劑和原澱粉連續計量高速混合，在10℃～80℃（優選為20℃～50℃）條件下，將混合物料連續輸入帶有絞龍的管道式反應器進行粉體流態化反應，混合物料在其中的流動時間為10～60分鐘（優選為20～40分鐘），得到陽離子化中間產品；上述原澱粉與陽離子化試劑的摩爾比為1:0.020～0.040，反應體系的水分含量為15～30%（優選為15～20%），pH值控制在9～12（優選為10～11），陽離子取代度為0.015～0.035（優選為0.017～0.033）；

所述的陽離子化試劑為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、環氧丙基三甲基氯化銨、2-二乙胺基乙基氯、4-氯-2-丁烯基三甲基氯化銨、β-氯丙基三甲基氯化銨、烷基氨乙基氯化物或乙撐亞胺中的一種；

所述的陽離子活化催化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氧化鈣或者碳酸鈉中的一種或幾種混合物。

2）陰離子化反應：前一反應體系經氣流乾燥後，水分控制在5～10%（優選為5～8%）；在反應體系中加入陰離子化劑和酸催化劑，經連續計量高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，在100℃～150℃（優選為120℃～140℃）條件下進行粉體流態化連續反應，混合物料在其中的流動時間為10～60分鐘（優選為30～50分鐘），得到兩性澱粉初品；前述原澱粉與陰離子化劑的摩爾比為1:0.003～0.009（優選為1:0.003～0.005），pH值控制在4～8（優選為4～6），陰離子取代度為0.005～0.020（優選為0.008～0.019）；

所述的陰離子化劑為三聚磷酸鈉、醋酸酐中的一種或兩種的任意比例的混合物。

所述的酸催化劑為磷酸、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉中的一種或者幾種的混合物。

3）複合反應：步驟2）反應體系經降溫後，在10℃～50℃（優選為20℃～40℃）條件下加入抗干擾劑，經連續計量高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，混合物料在其中的流動時間為5～10分鐘（優選為5～8分鐘），連續得到抗干擾型再生紙專用增強劑；上述原澱粉與抗干擾劑的摩爾比為1:0.010～0.100（優選為1:0.020～0.080）。

所述的抗干擾劑為聚乙烯亞胺、聚合氯化鋁、改性膨潤土或陽離子聚丙烯醯胺中的一種或者幾種的混合物。

作為優選，連續高速混合設備為梨刀式封閉高速混合器，其轉速為300～1000轉/分（優選為600～800轉/分）。

作為優選，《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》得到的抗干擾型再生紙專用增強劑，還需經過氣流乾燥步驟（系統調節水分）、調整pH值步驟和/或添加增效試劑等後處理反應。

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》還能夠通過對系統的自動化控制技術進一步開發，使全系統生產實現自動控制，生產效率更高。

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》的產品採用澱粉為主要原料進行衍生處理，原澱粉可以是玉米、馬鈴薯、木薯、高粱、大麥、小麥、大米等製造的產品。

在澱粉改性工藝中，澱粉占物料的比例一般在85%～99%，而反應試劑僅占1%～15%，大量粉體與微量試劑的均勻混合難度極大。《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》採用帶有高速混合裝置的連續管道進行流態化反應，通過催化劑與活化劑預混合以及控制反應體系含水量解決了混合均勻性和質量穩定性的關鍵技術難題，並使粉體物料具備了一定流動性，通過連續準確計量、連續投料、連續高速混合、連續反應、連續出料，解決了全過程流態化問題。

改善效果

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》的產品具有抵抗雜質干擾效果好，增加紙張強度效果明顯（和普通的陽離子增強劑相比裂斷長提高在10%以上）等優點。《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》的產品分子中同時具有陽離子取代基、陰離子取代基及復配有抗干擾劑，使用時不需要分別添加，比較方便。

附圖說明

圖1是《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》工藝路線示意圖。

圖1

技術領域

《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》涉及造紙助劑領域，具體是一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法。

權利要求

1.一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，其特徵在於按如下步驟：

1）陽離子化反應：陽離子化試劑與陽離子活化催化劑按1:1.0～2.0的摩爾比預混合活化3～20分鐘；經預混合活化的陽離子化試劑和原澱粉連續計量高速混合，在10℃～80℃條件下，將混合物料連續輸入帶有絞龍的管道式反應器進行粉體流態化反應，混合物料在其中的流動時間為10～60分鐘，得到陽離子化中間產品；所述原澱粉與陽離子化試劑的摩爾比為1:0.020～0.040，反應體系的水分含量為15～30%，pH值控制在9～12，陽離子取代度為0.015～0.035；所述的陽離子化試劑為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、環氧丙基三甲基氯化銨、2-二乙胺基乙基氯、4-氯-2-丁烯基三甲基氯化銨、β-氯丙基三甲基氯化銨、烷基氨乙基氯化物或乙撐亞胺中的一種；所述的陽離子活化催化劑為氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鈉、氧化鈣或者碳酸鈉中的一種或幾種混合物；

2）陰離子化反應：前一反應體系經氣流乾燥後，水分控制在5～10%；在反應體系中加入陰離子化劑和酸催化劑，經連續計量高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，在100℃～150℃條件下進行粉體流態化反應，混合物料在其中的流動時間為10～60分鐘，得到兩性澱粉初品；前述原澱粉與陰離子化劑的摩爾比為1:0.003～0.009，pH值控制在4～8，陰離子取代度為0.005～0.020；所述的陰離子化劑為三聚磷酸鈉、醋酸酐中的一種或兩種的任意比例的混合物；所述的酸催化劑為磷酸、磷酸一氫鈉、磷酸二氫鈉中的一種或者幾種的混合物；

3）複合反應：步驟2）反應體系經降溫後，加入抗干擾劑，經連續計量高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，在10℃～50℃條件下進行複合反應，混合物料在其中的流動時間為5～10分鐘，連續得到產品；原澱粉與抗干擾劑的摩爾比為1:0.010～0.100；所述的抗干擾劑為聚乙烯亞胺、聚合氯化鋁、改性膨潤土或陽離子聚丙烯醯胺中的一種或者幾種的混合物。

2. 根據權利要求1所述的抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，其特徵在於

步驟1）中：陽離子化試劑與陽離子活化催化劑的摩爾比為1:1.2～1.5，預混合活化時間為5～10分鐘；溫度條件為20℃～50℃，混合物料在其中的流動時間為20～40分鐘；原澱粉與陽離子化試劑的摩爾比為1:0.020～0.040，反應體系的水分含量為15～20%，pH值控制在10～11，陽離子取代度為0.017～0.033；

步驟2）中：水分控制在5～8%；反應的溫度條件為120℃～140℃，混合物料在其中的流動時間為30～50分鐘；原澱粉與陰離子化劑的摩爾比為1:0.003～0.005，pH值控制在4～6，陰離子取代度為0.008～0.019；

步驟3）中：複合反應溫度條件為20℃～40℃，混合物料在其中的流動時間為5～8分鐘；原澱粉與抗干擾劑的摩爾比為1:0.020～0.080。

3. 根據權利要求1或2所述的抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，其特徵在於步驟1）、2）和3）的連續高速混合設備為梨刀式封閉高速混合器，其轉速為300～1000轉/分。

4. 根據權利要求1或2所述的抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，其特徵在於管道反應步驟後有氣流乾燥步驟、調整pH值步驟和/或添加增效試劑步驟。

5. 根據權利要求33所述的抗干擾型再生紙增強劑的製造方法，其特徵在於管道反應步驟後有氣流乾燥步驟、調整pH值步驟和/或添加增效試劑步驟。

實施方式

實施例1

步驟1）將濃度為30%的氫氧化鉀20克（0.11摩爾）與濃度為50%的4-氯-2-丁烯基三甲基氯化銨29克（0.08摩爾）預混合活化5分鐘後，與500克玉米澱粉（2.65摩爾）一起經犁刀式高速混合設備連續計量高速混合，轉速為700轉/分，pH值控制在11左右，溫度控制在40℃，反應體系水分為15~18%，經過30分鐘連續管道化反應，反應產物為陽離子化澱粉，陽離子取代度為0.025；

步驟2）前一反應體系在管道中經氣流乾燥，水分控制在5～8%，然後加入三聚磷酸鈉3.5克（0.001摩爾），經連續計量高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，並用磷酸調節pH值（3%濃度下測定）為4.5，然後管道升溫至135℃進行粉體流態化連續反應，反應40分鐘後得到兩性澱粉初品，陰離子取代度為0.009；

步驟3）前一反應體系經降溫後，在30℃條件下加入陽離子聚丙烯醯胺和聚合氯化鋁複合物10克，複合比為1:2，經連續計量、連續高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，混合物料在其中的流動時間為5分鐘，連續得到抗干擾型再生紙專用增強劑。

經氣流乾燥，後處理，過篩，包裝得《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》產品。

實施例2

步驟1）將濃度為30%的氫氧化鈉6.7克（0.05摩爾）與濃度為50%的3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨14克（0.037摩爾）預混合活化5分鐘後，與200克木薯澱粉（1.06摩爾）一起經犁刀式高速混合設備連續計量高速混合，轉速為700轉/分，pH值控制在11左右，溫度控制在40℃，反應體系水分為15~18%，經過30分鐘連續管道化反應，反應產物為陽離子化澱粉，陽離子取代度為0.030；

步驟2）前一反應體系在管道中經氣流乾燥，水分控制在5～8%，然後加入三聚磷酸鈉1.1克（0.003摩爾）和醋酸酐0.31克（0.003摩爾），經連續計量、連續高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，並用磷酸調節pH值（3%濃度下測定）為5.0，然後管道升溫至135℃進行粉體流態化連續反應，反應40分鐘後得到兩性澱粉初品，陰離子取代度為0.008；

步驟3）前一反應體系經降溫後，在30℃條件下加入陽離子聚丙烯醯胺和聚合氯化鋁複合物5克，複合比為1:2，經連續計量、連續高速混合後，繼續連續輸入帶有絞龍的管道式反應器中，混合物料在其中的流動時間為5分鐘，連續得到抗干擾型再生紙專用增強劑。

經氣流乾燥，後處理，過篩，包裝得《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》產品。

套用例1

將該產品套用於再生新聞紙的試驗結果

（1）操作條件：叩解度70SR，定量52克/平方米產品添加量為2%（1%濃度糊化後添加）

（2）增強效果：

樣品	裂斷長（m）	裂斷長增長率（%）
空白	1875
實施例1	2451	30.72
實施例2	2580	37.71
市售產品	2205	17.6

套用例2

（1）操作條件：某紙業2號新聞紙機，抄寬3252毫米，車速864米/分鐘。自製脫墨漿為主，配部分熱磨機械漿。採用間歇糊化系統，糊化溫度90－95度，並保溫20分鐘，蒸煮濃度5%；澱粉在配漿箱連續添加。加入量為0.8％。

（2）增強效果：

註：以上數據均為平均數

套用情況分析

從使用情況和數據看，該次使用基本達到了預期目標，網下白水濃度降低明顯，成紙挺度提高（手感和報社反饋），表面強度提高，掉毛現象減少。另外，試用期間的新聞紙送到報社使用後反饋：印刷時挺度、表面強度明顯好轉，掉毛掉粉現象減少，印刷過程中沒有斷紙。

套用例3

（1）操作條件：某紙業板紙生產線，以廢紙漿為主。定量80克/平方米，加入量為2.5%。

（2）增強效果：

榮譽表彰

2020年7月14日，《一種抗干擾型再生紙增強劑的製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。