申请日2018.02.01
公开(公告)日2018.07.13
IPC分类号C08F226/02; C08F212/08; C08F220/06; C08F220/60; C08F220/56; C08F220/04; D21H21/10
摘要
本发明涉及一种用于处理造纸污泥的助剂及其制备方法，本发明的一种用于处理造纸污泥的助剂的制备方法为：将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应，获得所述助剂;所述共聚单体由下述重量百分比的原料组成：20‑40%的支链含不饱和基团的芳香类单体A、0‑20%的阴离子单体B、20‑50%的不饱和单体C和30‑60%的阳离子单体D，其中，A、B、C和D的重量百分比之和为100%。本发明的用于处理造纸污泥的助剂具有确保纸张力学性能不下降及节能减排的优点。
权利要求书
1.一种用于处理造纸污泥的助剂，其特征在于，所述助剂的结构式为：
其中，R1为无或者R1为甲基和胺基中的一种;R2为氢、高级脂肪醇基、铵基、三乙醇胺基、Na或K;R3、R4和R6均为甲基、乙基、羟甲基、二甲胺基丙基或丁氧基甲基;R5、R8、R9和R10均为氢、甲基、乙基、羟甲基二甲胺基丙基、丁氧基甲基或烯丙基;R7为甲撑基或酰氧乙基;X为氯或溴;a、b、c和d均为0-50的整数。
2.一种用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应，获得所述助剂;所述共聚单体由下述重量百分比的原料组成：20-40%的支链含不饱和基团的芳香类单体A、0-20%的阴离子单体B、20-50%的不饱和单体C和30-60%的阳离子单体D，其中，A、B、C和D的重量百分比之和为100%。
3.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述支链含不饱和基团的芳香类单体A为苯乙烯、丙烯基苯、α-甲基苯乙烯和烯丙基苯胺中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述阴离子单体B为丙烯酸、亚油酸、亚麻酸、丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、甲基丙烯酸和3-甲基2-丁烯酸中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述不饱和单体C为N-羟甲基甲基丙烯酰胺、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、N-丁氧甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵、N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺和N-叔丁基丁烯酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述阳离子单体D为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N,N-二甲基-N-苄基-N-丙烯酰胺基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰胺、过氧化苯甲酸叔丁酯、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的至少一种，或者;
所述引发剂为叔丁基过氧化氢与雕白块、叔丁基过氧化氢与焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺、过硫酸铵与亚硫酸氢钠、过硫酸钾与亚硫酸氢钠、过氧化氢与酒石酸、过氧化氢与雕白块、过硫酸铵与硫酸亚铁、过氧化氢与硫酸亚铁、过氧化苯甲酰与焦磷酸亚铁、过硫酸盐与硫醇、过硫酸钾与氯化亚铁、以及过氧化氢与氯化亚铁中的至少一种组成的氧化还原引发剂。
8.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚类、苄基酚聚氧乙烯醚类、苯乙基酚聚氧乙烯醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚类似物、苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚类似物、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸盐、芳基磷酸盐和脂肪酸聚氧乙烯酯磷酸盐中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述“将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合”的步骤具体为：将部分共聚单体于恒压条件下滴加至溶剂中，将剩余的共聚单体直接加入溶剂中，所述部分共聚单体为较剩余的共聚单体容易自聚的共聚单体;
所述引发剂、乳化剂分别与所述部分共聚单体或所述剩余的共聚单体一起同时滴加至溶剂中;或者;
所述引发剂、乳化剂与所述部分共聚单体或所述剩余的共聚单体分别滴加至溶剂中。
10.根据权利要求2所述的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，其特征在于，所述“将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应”的步骤具体为：先将部分共聚单体、全部乳化剂与全部溶剂混合，获得预混合物，将温度升至自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应的反应温度，然后将剩余的共聚单体和全部引发剂分别滴加至所述预混合物中，恒温条件下进行上述自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应1-3h，所述部分共聚单体为较剩余的共聚单体容易自聚的共聚单体。
说明书
用于处理造纸污泥的助剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术，特别涉及一种用于处理造纸污泥的助剂及其制备方法。
背景技术
随着人们对环保意识的日益增强以及对造纸业三废的排放的严格要求，致使造纸企业的造纸污泥的处理难度加大。
早期对于造纸污泥的处理方法为卫生填埋、好氧堆肥、厌氧发酵、回转窑干化或者焚烧发电等方法，但是采用这些方法处理造纸污泥也同样存在着污染，特别是填埋，对土地资源的危害很大，焚烧发电虽然解决了部分的电力问题，但是焚烧后仍然会产生大气污染等问题，因此对于造纸企业特别是大型的造纸企业来讲，对于造纸污泥的处理问题制约着企业是否能够在当今环保要求下生存的至关重要的因素。
造纸厂一般生产一吨的成纸会产生30-50kg的污泥，一般的纸厂一条生产线一天可以生产500-1500吨的成纸，那么也相对的会产生出15-75吨污泥，纸厂每天产生出这么多的污泥，虽然可以部分重新用到纸机中，但是也只是杯水车薪，而且如果用量不合适，会造成纸张的力学性能的下降甚至纸机断纸等严重问题。因此在环保压力如此巨大的环境下，造纸企业想要生存和发展，必须对造纸污泥进行处理。所以如何在不降低纸张的力学性能和纸张的品质的前提下，将造纸污泥用于造纸生产过程中，成为了造纸行业所关心的重中之重。
造纸污泥中有机物含量40-50%，主要含有纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物，以及填料、絮凝剂等，而这些正是造纸生产所需要的原料或者化学助剂。但是这些污泥主要是由短细的纤维构成，这样的纤维很难在纸上留着，即使留着了也会对纸张的力学性能产生很大影响。因此如何增加造纸污泥在纸上的留着而不影响纸张的力学性能成为了当下造纸化学品工作者所亟需解决的问题。
现有技术中，亟需一种既可以将造纸污泥加入到造纸系统中使用，又可以不导致纸张的力学性能下降的一种造纸助剂。由于造纸污泥主要是有细小的纤维，很难留着在纸上，而且还是属于偏阴离子型的物质。想要把造纸污泥用于生产，那么就要把这些细小的纤维连接在一起，而且不能引起造纸污泥的絮聚和纸机生产时的脱水时间。要使造纸污泥能够比较好的结合在一起，就要加入一些带有正电荷的物质，如阳离子型的聚丙烯酰胺和阳离子型的淀粉等，由于这些助剂是高分子直链聚合物或者网状天然高分子，很容易引起造纸污泥的絮聚，从而导致纸机的脱水时间变长、纸张出现“鱼眼”、破洞、纸张的力学性能下降等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可避免纸张的力学性能下降的用于处理造纸污泥的助剂及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于处理造纸污泥的助剂，所述助剂的结构式为：
其中，R1为无或者R1为甲基和胺基中的一种;R2为氢、高级脂肪醇基、铵基、三乙醇胺基、Na或K;R3、R4和R6均为甲基、乙基、羟甲基、二甲胺基丙基或丁氧基甲基;R5、R8、R9和R10均为氢、甲基、乙基、羟甲基二甲胺基丙基、丁氧基甲基或烯丙基;R7为甲撑基或酰氧乙基;X为氯或溴;a、b、c和d均为0-50的整数。
本发明还提供一种用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应，获得所述助剂;所述共聚单体由下述重量百分比的原料组成：20-40%的支链含不饱和基团的芳香类单体A、0-20%的阴离子单体B、20-50%的不饱和单体C和30-60%的阳离子单体D，其中，A、B、C和D的重量百分比之和为100%。
本发明的有益效果在于：
本发明的助剂中，其结构式示出的聚合物高分子为梳状结构聚合物，利用苯环的刚性来提高纸张的力学性能和利用高阳离子电荷来“锚固”细小纤维，其主要通过不饱和单体与苯环上的不饱和双键进行聚合，分子骨架由主链和支链组成，支链上含有带有阳离子的胺基，依靠这些活性基团，支链可以“锚固”在带有阴离子的造纸污泥上，使细小的纤维可以结合在一起，而支链上还有带阴离子的羧基基团，不会使结合在一起的纤维互相结合而形成致密的网状结构导致纸机脱水慢等问题;支链上的高阳离子度的胺基也可以与系统中的纤维结合，因此细小的断纤维更容易留着在纸张上，所以本发明的助剂不仅可以将造纸污泥处理掉，而且还可以减少造纸纤维的使用，是一种变废为宝的造纸助剂，具有确保纸张的力学性能不下降以及节能减排的优点。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：设计上述结构式的助剂，确保纸张的纸力性能不下降。
本发明提供一种用于处理造纸污泥的助剂，所述助剂的结构式为：
其中，R1为无或者R1为甲基和胺基中的一种;R2为氢、高级脂肪醇基、铵基、三乙醇胺基、Na或K;R3、R4和R6均为甲基、乙基、羟甲基、二甲胺基丙基或丁氧基甲基;R5、R8、R9和R10均为氢、甲基、乙基、羟甲基二甲胺基丙基、丁氧基甲基或烯丙基;R7为甲撑基或酰氧乙基;X为氯或溴;a、b、c和d均为0-50的整数。
本发明还提供一种用于处理造纸污泥的助剂的制备方法，将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应，获得所述助剂;所述共聚单体由下述重量百分比的原料组成：20-40%的支链含不饱和基团的芳香类单体A、0-20%的阴离子单体B、20-50%的不饱和单体C和30-60%的阳离子单体D，其中，A、B、C和D的重量百分比之和为100%。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
本发明的助剂中，其结构式示出的聚合物高分子为梳状结构聚合物，利用苯环的刚性来提高纸张的力学性能和利用高阳离子电荷来“锚固”细小纤维，其主要通过不饱和单体与苯环上的不饱和双键进行聚合，分子骨架由主链和支链组成，支链上含有带有阳离子的胺基，依靠这些活性基团，支链可以“锚固”在带有阴离子的造纸污泥上，使细小的纤维可以结合在一起，而支链上还有带阴离子的羧基基团，不会使结合在一起的纤维互相结合而形成致密的网状结构导致纸机脱水慢等问题;支链上的高阳离子度的胺基也可以与系统中的纤维结合，因此细小的断纤维更容易留着在纸张上，所以本发明的助剂不仅可以将造纸污泥处理掉，而且还可以减少造纸纤维的使用，是一种变废为宝的造纸助剂，具有确保纸张的力学性能不下降以及节能减排的优点。
本发明的用于处理造纸污泥的助剂的制备方法中：
进一步的，所述支链含不饱和基团的芳香类单体A为苯乙烯、丙烯基苯、α-甲基苯乙烯和烯丙基苯胺中的至少一种。
进一步的，所述阴离子单体B为丙烯酸、亚油酸、亚麻酸、丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、甲基丙烯酸和3-甲基2-丁烯酸中的至少一种。
进一步的，所述不饱和单体C为N-羟甲基甲基丙烯酰胺、二甲胺基丙基甲基丙烯酰胺、N-丁氧甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰丙基三甲基氯化铵、N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺和N-叔丁基丁烯酰胺中的至少一种。
进一步的，所述阳离子单体D为二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N,N-二甲基-N-苄基-N-丙烯酰胺基氯化铵、二乙基二烯丙基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵中的至少一种。
进一步的，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰胺、过氧化苯甲酸叔丁酯、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的至少一种，或者;
所述引发剂为叔丁基过氧化氢与雕白块、叔丁基过氧化氢与焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰与N,N-二甲基苯胺、过硫酸铵与亚硫酸氢钠、过硫酸钾与亚硫酸氢钠、过氧化氢与酒石酸、过氧化氢与雕白块、过硫酸铵与硫酸亚铁、过氧化氢与硫酸亚铁、过氧化苯甲酰与焦磷酸亚铁、过硫酸盐与硫醇、过硫酸钾与氯化亚铁、以及过氧化氢与氯化亚铁中的至少一种组成的氧化还原引发剂。
由上述描述可知，引发剂可以为用于发生自由基聚合反应的引发剂，例如，可以是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰胺、过氧化苯甲酸叔丁酯、过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的任意一种或任意多种的组合;也可以未用于发生氧化还原反应的引发剂，例如，可以是叔丁基过氧化氢/雕白块、叔丁基过氧化氢/焦亚硫酸钠、过氧化苯甲酰/N，N-二甲基苯胺、过硫酸铵/亚硫酸氢钠、过硫酸钾/亚硫酸氢钠、过氧化氢/酒石酸、过氧化氢/雕白块、过硫酸铵/硫酸亚铁、过氧化氢/硫酸亚铁、过氧化苯甲酰/焦磷酸亚铁、过硫酸盐/硫醇、过硫酸钾/氯化亚铁、过氧化氢/氯化亚铁中的任意一种或任意多种的组合。上述“叔丁基过氧化氢/雕白块”指的是叔丁基过氧化氢和雕白块组合后作为氧化还原引发剂。
进一步的，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚类、苄基酚聚氧乙烯醚类、苯乙基酚聚氧乙烯醚类、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚类似物、苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚类似物、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、苯乙基酚聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸盐、芳基磷酸盐和脂肪酸聚氧乙烯酯磷酸盐中的至少一种。
进一步的，所述“将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合”的步骤具体为：将部分共聚单体于恒压条件下滴加至溶剂中，将剩余的共聚单体直接加入溶剂中，所述部分共聚单体为较剩余的共聚单体容易自聚的共聚单体;
所述引发剂、乳化剂分别与所述部分共聚单体或所述剩余的共聚单体一起同时滴加至溶剂中;或者;
所述引发剂、乳化剂与所述部分共聚单体或所述剩余的共聚单体分别滴加至溶剂中。
进一步的，所述“将共聚单体、引发剂、乳化剂和溶剂混合，进行自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应”的步骤具体为：先将部分共聚单体、全部乳化剂与全部溶剂混合，获得预混合物，将温度升至自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应的反应温度，然后将剩余的共聚单体和全部引发剂分别滴加至所述预混合物中，恒温条件下进行上述自由基聚合反应或者氧化还原聚合反应1-3h，所述部分共聚单体为较剩余的共聚单体容易自聚的共聚单体。
