專利名稱：一種新型分散劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型分散劑，尤其涉及一種新型濕磨碳酸鈣用分散劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
造紙黑液是造紙工業(yè)的堿法(燒堿法和硫酸鹽法)制漿工藝產(chǎn)生的廢水，含有大量的木質(zhì)素，呈黑褐色。黑液中含有大量的懸浮性固體、有機(jī)污染物和有毒物質(zhì)，直接排放到水體中會造成嚴(yán)重的污染。其主要危害有含有大量纖維、色素和無機(jī)鹽的造紙廢水會使水體變黑，并有特殊的惡臭味；含高濃度有機(jī)污染物的造紙黑液的生化耗氧量(BOD)可高達(dá)5000 40000g/L，會大量消耗水中的溶解氧，影響水質(zhì)；黑液中大量存在的堿性物質(zhì)會使水體的PH值急劇升高，破壞水體環(huán)境的平衡。黑液中的木質(zhì)素含有一定數(shù)量的醇羥基、酚羥基、羧基和羰基等官能團(tuán)，官能團(tuán)上氧原子的未共用電子對能與金屬離子形成配位鍵， 與金屬離子生成螯合物，阻止金屬離子的沉淀，通過對其的回收利用具有很高的環(huán)境價值和經(jīng)濟(jì)價值。碳酸鈣在自然界中有多種存在形態(tài)，而對造紙涂料最有用的是方解石。但天然方解石必須經(jīng)過機(jī)械粉碎、研磨、分級，制成細(xì)微的顆粒(我們稱之為重質(zhì)碳酸鈣或研磨碳酸鈣，GCC)，方可用于紙張涂料的制備。分散劑是靠吸附在顏料顆粒表面，產(chǎn)生靜電斥力和空間位阻，從而使得顆粒能以懸浮態(tài)穩(wěn)定地存在。碳酸鈣研磨中有了分散劑的幫助，才能得到高固含量、低粘度的碳酸鈣漿料，研磨效率也得以提高，并能節(jié)約研磨所需耗費的能量，通用的分散劑有三大類，即無機(jī)類、有機(jī)類和高分子類，而目前普遍采用的是高分子類分散劑。相比之下，高分子類分散劑具有更顯著的優(yōu)點。現(xiàn)有的分散劑專利例如申請?zhí)?00910196773的研磨碳酸鈣用分散劑及其制備方法和應(yīng)用；申請?zhí)?00910196772的造紙用涂料分散劑及其制備方法；申請?zhí)?00910196771的研磨超細(xì)重質(zhì)碳酸鈣用分散劑及其制備方法；申請?zhí)?00810040944的丙烯酸系聚合物分散劑及其制備方法和應(yīng)用；申請?zhí)?00710172855的重質(zhì)碳酸鈣濕法研磨用分散劑及其制備方法；申請?zhí)?00610083241的碳酸鈣分散劑；申請?zhí)?00710110834的碳酸鈣濕磨分散劑。然而采用現(xiàn)有分散劑制備的碳酸鈣漿料，固含量低，粒子大，分散性差，漿料穩(wěn)定性不好，粘度高，不能滿足造紙領(lǐng)域的需要，且分散劑的制備方法步驟繁多，用料繁雜，不易控制，故對其進(jìn)行改進(jìn)有著十分重要的意義，從而使碳酸鈣研磨具有漿料粘度低，粒徑小，分散性好且比較穩(wěn)定的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型高分子類分散劑，意在聚丙烯酸鈉分散劑分子鏈上引入二元酸單體增加分散劑的陰離子度，提高分散劑的電荷斥力，另外在分子鏈上同時引入木質(zhì)素磺酸鹽增強(qiáng)聚丙烯酸鈉與碳酸鈣的結(jié)合力，生成化學(xué)鍵結(jié)合，極大地提高了分散劑與碳酸鈣的之間的作用力，使本發(fā)明具有優(yōu)異的分散性能。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種新型分散劑的制備方法，是以丙烯酸為主要反應(yīng)單體，加入甲基丙烯酸、馬來酸酐、富馬酸、衣康酸、甲基丙烯磺酸鈉中的一種或幾種單體作為共聚單體，木質(zhì)素磺酸鹽參與聚合，以氧化還原體系為引發(fā)體系，通過水溶液聚合而成，用堿性物質(zhì)中和。所述制備方法具體包括如下步驟(I)將木質(zhì)素磺酸鹽，直接加入反應(yīng)器中，加入一定量的水作為底料，升溫到65°C攪拌溶解；
(2)將丙烯酸單體，共聚單體X以及一定量的水配成溶液，并調(diào)節(jié)PH為4左右，再加入引發(fā)體系的還原劑配成滴加液A ;(3)將引發(fā)體系的氧化劑、一定量的水配成滴加液B ;(4)將溶液A、B在一定溫度下采取滴加的方式在一定時間內(nèi)加入到上述反應(yīng)器中，再反應(yīng)一段時間停止反應(yīng)，降溫至50°C以下，加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH為4左右，放料即可。其中所用原料的質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸單體為30 45份，共聚單體X為10 15份，木質(zhì)素磺酸鹽為5 8份，引發(fā)體系的氧化劑還原劑總量為前述三種單體總量的6 10%，堿性物質(zhì)2-5份，水為30-50份。其中，所述共聚單體X選自馬來酸酐、富馬酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉或衣康酸中的一種或幾種。所述木質(zhì)素磺酸鹽為造紙黑液中提取的木質(zhì)素經(jīng)磺化而得，所述鹽可為鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽或鎂鹽等。其提取及磺化過程參考相關(guān)專利，如專利號02100805的常溫常壓生產(chǎn)木質(zhì)素磺酸鹽的方法所述堿性物質(zhì)為35-45%的片堿溶液。所述引發(fā)體系為過硫酸鈉-次亞磷酸鈉體系、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉、過氧化氫-硫酸亞鐵體系中的一種或兩種復(fù)合使用。所述引發(fā)體系中的氧化劑與還原劑的重量比例為 I : 2-1.2 2。其中步驟(4)聚合反應(yīng)的所述溫度為70-90°C;所述滴加的時間為2. 5_4h ;所述反應(yīng)時間為l_3h。本發(fā)明中加入的木質(zhì)素磺酸鹽在弱堿性環(huán)境中與共聚物發(fā)生接枝反應(yīng)。本發(fā)明進(jìn)一步提供所述新型分散劑的用途，是將其作為濕磨碳酸鈣的分散劑，力口入量為碳酸鈣的O. 5-0. 8%。實際應(yīng)用時的加入量占碳酸鈣重量的O. 6-0. 7%。當(dāng)研磨碳酸鈣時加入本發(fā)明分散劑，分子鏈上的各類基團(tuán)與碳酸鈣生成化學(xué)鍵結(jié)合，提高了分散劑與碳酸鈣顆粒之間的結(jié)合力，并形成一定厚度的高分子層，同時分子鏈上的陰電荷起到靜電排斥的作用，阻止使碳酸鈣顆粒相互靠近，提高了分散劑的作用效果，使碳酸鈣研磨具有漿料粘度低，粒徑小，分散性好且比較穩(wěn)定的特點。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，應(yīng)該理解的是，這些實施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例I向反應(yīng)釜中加入150kg水，20kg木質(zhì)素磺酸鹽(為回收木質(zhì)素磺化后的混合物，含鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽等，以下具體實施例所指木質(zhì)素磺酸鹽與此同)，升溫到65°C攪拌溶解。將120kg水，44kg甲基丙烯酸以及300kg丙烯酸配成溶液，用45%的片堿溶液中和至pH為4左右，再加入21kg次亞磷酸鈉配成滴加液A ;將Ilkg過硫酸鈉，72kg水配成滴加液B。將反應(yīng)釜溫度升高到80°C，同時開始滴加A、B。2. 5h滴加完成，再反應(yīng)3h，降溫至50°C以下，測PH值，用45%片堿溶液調(diào)節(jié)pH值到4，放料得50%固含量的棕色透明液體。實施例2向反應(yīng)釜中加入150kg水，25kg木質(zhì)素磺酸鹽升溫到65°C攪拌溶解。將120kg水，50kg衣康酸以及340kg丙烯酸配成溶液，用45%的片堿溶液中和至pH為4左右，再加入22kg次亞磷酸鈉配成滴加液A ;將Ilkg過硫酸鈉，72kg水配成滴加液B。將反應(yīng)釜溫度升 高到80°C，同時開始滴加A、B。4h滴加完成，再反應(yīng)2h，降溫至50°C以下，測pH值，用45%片堿溶液調(diào)節(jié)PH值到4，放料得50%固含量的棕色透明液體。實施例3向反應(yīng)釜中加入150kg水，15kg木質(zhì)素磺酸鹽升溫到65°C攪拌溶解。將120kg水，20kg衣康酸,24kg馬來酸酐以及320kg丙烯酸配成溶液,用45%的片堿溶液中和至pH為4左右，再加入21kg亞硫酸氫鈉配成滴加液A ;將IOkg過硫酸銨，72kg水配成滴加液B。將反應(yīng)釜溫度升高到75°C，同時開始滴加A、B。4h滴加完成，再反應(yīng)2h，降溫至50°C以下，測pH值，用45%片堿溶液調(diào)節(jié)pH值到4，放料得50%固含量的棕色透明液體。實施例4向反應(yīng)釜中加入160kg水，20kg木質(zhì)素磺酸鹽，升溫到65°C攪拌溶解。將120kg水，32kg馬來酸酐以及335kg丙烯酸配成溶液，用45%的片堿溶液中和至pH為4左右，再加入23kg次亞磷酸鈉配成滴加液A ;將12kg過硫酸鈉，72kg水配成滴加液B。將反應(yīng)釜溫度升高到80°C，同時開始滴加A、B。2. 5h滴加完成，再反應(yīng)3h，降溫至50°C以下，測pH值，用45%片堿溶液調(diào)節(jié)pH值到4，放料得50%固含量的棕色透明液體。實施例5向反應(yīng)釜中加入150kg水，15kg木質(zhì)素磺酸鹽升溫到65°C攪拌溶解。將IlOkg水，20kg富馬酸，14kg衣康酸以及320kg丙烯酸配成溶液，用45 %的片堿溶液中和至pH為4左右，再加入24kg亞硫酸氫鈉配成滴加液A ;將12kg過硫酸銨，72kg水配成滴加液B。將反應(yīng)釜溫度升高到75°C，同時開始滴加A、B。4h滴加完成，再反應(yīng)1.5h，降溫至50°C以下，測pH值，用45%片堿溶液調(diào)節(jié)pH值到4，放料得49%固含量的棕色透明液體。實驗例碳酸鈣漿料的制備一、用本發(fā)明實施例中的分散劑進(jìn)行研磨實施例I產(chǎn)品在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入本發(fā)明實施例I的分散劑260g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣75kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加280g本發(fā)明實施例I的分散劑。繼續(xù)研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為75%，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98%的小于I. 5 μ m。實施例2產(chǎn)品在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入本發(fā)明實施例2的分散劑260g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣74kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加240g本發(fā)明實施例2的分散劑。繼續(xù)研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為74. 7%，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98%的小于L 5 μ m0實施例3產(chǎn)品在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入本發(fā)明實施例3的分散劑260g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣75kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加275g本發(fā)明實施例3的分散劑。繼續(xù)研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為73. 9%，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98%的小于L 5 μ m0實施例4產(chǎn)品在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入本發(fā)明實施例4的分散劑260g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣73kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加245g本發(fā)明實施例4的分散劑。繼續(xù) 研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為73. 8%，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98%的小于L 5 μ m0實施例5產(chǎn)品在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入本發(fā)明實施例5的分散劑250g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣74kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加247g本發(fā)明實施例5的分散劑。繼續(xù)研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為74%，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98%的小于I. 5μπι。二、用市場現(xiàn)售聚丙烯酸鈉分散劑在同樣的條件下進(jìn)行研磨，作為對比例在100升的攪拌槽中加入25升水，開攪拌，加入市場現(xiàn)售分散劑260g，攪拌均勻，加入325目碳酸鈣72kg進(jìn)行預(yù)分散，分散均勻后，用泵送至兩臺串聯(lián)的研磨機(jī)中，研磨介質(zhì)為鋯珠。研磨Ih后補(bǔ)加250g市場現(xiàn)售分散劑。繼續(xù)研磨6h后既得重質(zhì)碳酸鈣漿料，漿料固含量為73 %，經(jīng)過粒徑儀測試，粒度98 %的小于2 μ m。采用IS02884-2-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用NDJ-I型旋轉(zhuǎn)粘度計測定漿料粘度，各樣品數(shù)據(jù)見表I :表I
樣品漿料固含量/% 98%粒徑/Uin漿料出料粘度/cps~ 72h后粘度/cps
實施例 I 75^ I. 5155200
實施例 2 Γ ^ I. 51602 5
實施例 3 Γ9^ I. 5170235
實施例 4 Γ8^ I. 5165220
實施例 5 74^ I. 5180310
對比例73h235575
從上表可以看出同樣的研磨條件下，使用本發(fā)明的分散劑，漿料粘度低，粒徑小，分散性好且比較穩(wěn)定。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的， 而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型分散劑的制備方法，是以丙烯酸為主要反應(yīng)單體，加入甲基丙烯酸、馬來酸酐、富馬酸、衣康酸或甲基丙烯磺酸鈉中的一種或幾種單體作為共聚單體，造紙廢液中回收的木質(zhì)素磺酸鹽參與聚合，以氧化還原體系為引發(fā)體系，通過水溶液聚合而成，用堿性物質(zhì)中和。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，具體包括如下步驟 (1)將共聚單體X，直接加入反應(yīng)器中，加入一定量的水作為底料，升溫到65°C攪拌溶解； (2)將丙烯酸單體，木質(zhì)素磺酸鹽以及一定量的水配成溶液，并調(diào)節(jié)pH為4左右，引發(fā)體系的還原劑配成滴加液A ； (3)將引發(fā)體系的氧化劑、一定量的水配成滴加液B; (4)將溶液A、B在一定溫度下采取滴加的方式在一定時間內(nèi)加入到上述反應(yīng)器中，再反應(yīng)一段時間停止反應(yīng)，降溫至50°C以下，加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH為4左右，放料即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所用原料的質(zhì)量份數(shù)為丙烯酸單體為30 45份,共聚單體X為10 15份,木質(zhì)素磺酸鹽為5 8份,引發(fā)體系的氧化劑還原劑總量為前述三種單體總量的6 10%，堿性物質(zhì)為2-5份，水為30-50份。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所述共聚單體X選自甲基丙烯磺酸鈉、馬來酸酐、富馬酸、衣康酸、或甲基丙烯酸中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所述木質(zhì)素磺酸鹽為造紙黑液中提取的木質(zhì)素經(jīng)磺化而得。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中所述堿性物質(zhì)堿為35-45%的片堿溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，所述引發(fā)體系為過硫酸鈉-次亞磷酸鈉體系、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉、過氧化氫-硫酸亞鐵體系中的一種或兩種復(fù)合使用；所述弓I發(fā)體系中的氧化劑與還原劑的重量比例為I : 2-1.2 2。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中步驟⑷聚合反應(yīng)的所述溫度為70-90°C;所述滴加的時間為2. 5-4h ;所述反應(yīng)時間為l_3h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述方法制備的分散劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分散劑的應(yīng)用，是將其作為濕磨碳酸鈣的分散劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型分散劑及其制備方法和應(yīng)用，是以丙烯酸為主要反應(yīng)單體，加入甲基丙烯酸、馬來酸酐、富馬酸、衣康酸、甲基丙烯磺酸鈉中的一種或幾種單體作為共聚單體，造紙廢液中回收的木質(zhì)素磺酸鹽參與聚合，以氧化還原體系為引發(fā)體系，通過水溶液聚合而成，用堿性物質(zhì)中和即得產(chǎn)品。該分散劑可使碳酸鈣的研磨具有漿料粘度低，粒徑小，分散性好且比較穩(wěn)定的特點。
文檔編號D21H19/58GK102775563SQ201110119
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者王然, 謝鵬, 雷得定 申請人:永港偉方(北京)科技股份有限公司