CN101597875B - 一种淀粉和浆料共糊化改善纸张强度的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于造纸增强技术领域，特别涉及淀粉用作造纸干强剂的方法。该方法包括：将占浆料绝干质量0.5％～25％的淀粉与浆料混合均匀，进行挤压浓缩，在70℃～100℃下，加热8min～150min使淀粉糊化，加热后的浆料经过疏解分散，抄造成纸。本发明工艺简单，生产成本低，污染少，使纸张的强度提高30-110％，淀粉留着率在80％以上，且能够提高填料、细小纤维留着率。
Description
技术领域
本发明涉及造纸增强的工艺方法，属于制浆造纸工艺技术领域。
背景技术
传统纸页增强的方法都是通过打浆的物理方法或者通过添加增强助剂的化学方法。考虑到打浆改善强度的不足，现在通常使用各种干强剂来提高纸张的强度。用以增强纸及纸板干强度的一类精细化学品称为增干强剂。干强剂主要有四类：(1)合成聚合物。如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、脲醛树脂和三聚氰胺树脂等。(2)改性淀粉。如阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子型淀粉等。(3)纤维素、甲壳素衍生物及植物胶类。如羧甲基纤维素、甲壳素、壳聚糖等。(4)树脂障碍控制剂。如各种分散剂、螯合剂、生物酶制剂等。现如今的增强方法是利用增强剂与纤维素的羟基形成氢键或通过静电吸附作用使纸页得到增强。在实际工业生产中存在如下缺点：
(1)现有浆料强度低，尤其机械浆和废纸浆强度较低。机械浆由于其处理工艺的特性，纤维相对化学浆比较短，所以细小纤维留着率及成纸强度也受到的很大的影响。同时由于废纸浆在多次回用后，会影响纤维本身的性能，纤维变的比较细断，而且比较硬，不利于打浆处理，成纸的强度也非常差。在应用过程中，会出现表面强度较低，掉毛掉粉的现状。
(2)现有干强剂成本较高，如阳离子淀粉和阳离子聚丙烯酰胺成本较高，如果能利用原淀粉、氧化淀粉等价格较为低廉的材料做为干强剂则可以大大节约成本。
(3)淀粉高用量时留着率的局限性。改性淀粉类的阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉做为干强剂的用量一般在0.5％～2％之间，用量超过2％以上的部分则难以留着在纸张上。同样阳离子聚丙稀酰胺会出现如阳离子淀粉一样的不利因素。对于阴离子聚丙稀酰胺，由于要用硫酸铝作为连接剂，所以一般只能在酸性条件下使用，而现在发展的趋势是中碱性环境。对于品质比较差的纤维原料，生产出的纸张强度更加差。
(4)淀粉增强纸张强度的局限性。传统方法中淀粉做为干强剂只能将纸张的强度提高20-30％，无法满足纤维多次回收利用的增强要求。随着环境资源问题的突出，充分利用现有资源，多次利用纤维资源正在成为纸浆发展的一个途径。但是，纤维多次使用后品质的下降，势必对成纸的强度产生很大影响。
(5)聚丙稀酰胺类(PAM)，阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉等现有的干强剂容易受到体系的影响。传统方法的干强剂增强纸张的原理是利用化学品本身的离子特性对纤维进行吸附，受到系统的干扰较大，阴离子垃圾影响助剂的留着效果，系统中的带电荷的离子相互吸引，容易形成絮聚，因而干强剂发挥的效率受到一定的影响，要消除这些影响，需要增加成本。
发明内容
本发明的目的是改善淀粉做为造纸干强剂的性能，提供一种新的造纸增强技术，使淀粉通过黏附力包裹在纤维周围，在糊化挤压过程中，淀粉分布更加均匀，包裹纤维更加紧密，从而最后提高成纸的强度指标。
包括以下各步骤：
第一种方法：
(1)把浆料与淀粉溶液用疏解设备混合均匀。淀粉用量占绝干浆料的0.5-25％；
(2)将第一步中分散混匀后的浆料进行适当挤压，浓度提高到10-20％。挤压后随白水流失的淀粉可以回收利用做步骤(1)分散浆料用水，可在生产过程中循环利用；
(3)将第二步中所得的浆料在70-100℃下用蒸汽进行加热糊化，加热时间控制为8-150分钟；
(4)将加热糊化后的浆料用挤浆设备进行挤压浓缩，挤压浓缩使浆料浓度提高到21％-45％。挤压后随白水流失的淀粉可以回收利用做步骤(1)分散浆料用水，可在生产过程中循环利用；
(5)将经过第四步浓缩后的浆料加水稀释，使用疏解设备使浆料分散疏解，抄造成纸张。通过测量在疏解后流失在白水中的淀粉含量算得淀粉的流失，淀粉的总量为经过步骤(4)挤压后留在浆料中的淀粉质量。
检测方法说明
淀粉溶解流失率的检测及计算方法为：
将疏解好的浆料沉淀一段时间后，取上层清液，利用离心机在3500转/分钟下离心10分钟。移取离心后清液20ml，外加1.0ml 0.01N的KI-I2溶液，然后利用分光光度计在620nm波长下测定吸光度值，进而根据淀粉溶解标准曲线方程换算成淀粉浓度C(mg/ml)，进行淀粉含量检测。
C-------疏解好浆料水中淀粉浓度mg/ml
V-------疏解好浆料水的体积L
M-------加入淀粉的总量g
纸浆中细小组分含量的测定方法为：
采用与动态滤水实验相似的方法对纸浆进行筛分实验，筛分实验所用纸浆浓度为0.5％，称取一定量的浆料于DDJ中搅拌，转速定为1500rpm，以避免纤维之间产生絮聚物，并在高速搅拌下用水冲洗试样，接取滤液直至滤液澄清。再根据滤液中所含细小组分的量来计算细小组分的含量。
细小组分计算公式：细小组分含量(％)＝滤液中细小组分的量/绝干纤维量×100
细小组分与填料留着率的测定方法为：
称取一定量的处理好的浆料，加水稀释至上网浆浓度(0.4％)，在DDJ中以750rpm的转速下，搅拌30s，开始接取滤液(在接取之前先放出10ml)，30秒后停止接取。随后将滤液称重、过滤、在105℃的烘箱中烘干4h，测灰分(在800℃的马弗炉中灼烧3h)，按照TAPPI标准方法计算细料及填料的留着率。TAPPI标准方法为：
其中：W：30秒内收集的滤液重，g
W1：500ml浆料中全部细小组分的量，g
W2：30秒内收集的滤液中细小组分的量，g
其中：W：30秒内收集的滤液重，g
W3：纸灰的质量，g
W4：添加的全部填料重，g
第二种方法：
(1)将占绝干浆料0.5％～25％的淀粉与浓度为0.6％～6％的浆料混合均匀；
(2)将经过第一步处理的原料挤压浓缩使浆料浓度提高到12％～45％。挤压出的淀粉溶液可回收在步骤(1)再利用；
(4)将经过第二步处理的浆料在70℃～100℃下，加热8min～150min使淀粉糊化；
(5)加水稀释，分散浆料，然后抄造成纸。淀粉流失率及其纸张强度指标的计算方法同方法1。
本发明提供了一种新的造纸增强工艺，与传统工艺相比，具有以下优点：
1.本课题研究了一种全新的增强方法，通过淀粉包裹纤维的粘附力实现造纸增强，而不是通过静电或氢键吸附在纤维表面，从而能够避免出现聚合电解质逆转，以及受到简单电介质的电荷屏蔽、阴离子垃圾等不利因素的影响。
2.本发明扩展了可以做为造纸干强剂的淀粉的种类，特别是可以用原淀粉做为干强剂。在传统工艺中只能应用阳离子淀粉和阴离子淀粉做为干强剂。
3.本发明在淀粉糊化后对其进行挤压浓缩，减少淀粉流失，增加纤维和淀粉的粘附作用，原理与阳离子淀粉不同，淀粉不是通过静电作用呈点状吸附在纤维表面，而是通过黏附力包裹在纤维周围，在成纸压榨烘干过程中，使淀粉在纸张中的分布更加均匀，包裹纤维更加紧密，从而提高成纸的强度指标。
4.本发明中使用淀粉的质量占绝干浆料质量的0.5-25％，且流失率达在30％以下，使纸张的物理强度比原纸提高30-110％，传统工艺中淀粉用量只有浆料质量的2-3％，强度比原纸提高30％。
5.本发明所使用的工艺使纤维周围包裹一层淀粉，在成纸过程中对其它组分有提高留着的作用，如填料、细小纤维。
6.本发明在生产过程中工艺简单，成本低，污染少。淀粉是所有增强助剂中价格最低廉的，本发明中可以使用原淀粉和氧化淀粉，价格低于传统方法中使用的阳离子淀粉、阴离子淀粉和两性淀粉。
7.本发明可以在低浓度下加热糊化，加热糊化后通过挤压作用使淀粉进一步包裹在纤维上，淀粉留着率在80％以上。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本项发明并不限于下面的实施例子。
实施例1-2为使用第一种方法增强纸张强度的例子：
实施例1
机械浆绝干10g，，使用氧化淀粉，淀粉用量以占浆料绝干质量计算，加热浆料浓度为15％，温度为100℃，时间为60min。加热糊化后挤压浓缩，浆料浓度达到43％。具体增强效果和淀粉流失情况见下表：
| 定量 g/m2 | 淀粉加入量 ％ | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 Km | 增幅 ％ | |
| 机械浆空白样 | 62.1 | ------ | ------ | 1.78 | ------ |
| 机械浆处理样 | 63.7 | 1.8 | 18.2 | 3.43 | 93 |
| 机械浆处理样 | 64.2 | 4.3 | 9.4 | 3.62 | 103 |
实施例2
按10％针叶浆，10％机械浆，80％阔叶浆比例混合的浆料绝干10g，使用氧化淀粉，淀粉用量以占浆料绝干质量计算，加热浆料浓度为15％，温度为100℃，时间为60min。加热糊化后挤压浓缩，浆料浓度达到38％。具体增强效果和淀粉流失情况见下表：
| 定量 g/m2 | 淀粉加入量 ％ | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 Km | 增幅 ％ | |
| 混合浆空白样 | 66.3 | ------ | ------ | 2.42 | ------- |
| 混合浆处理样 | 67.4 | 1.7 | 19.1 | 3.92 | 62 |
实施例3-9为使用第二种方法增强纸张强度的例子：
实施例3：
废纸浆纤维绝干20g，氧化淀粉用量0％、5％、10％、15％、20％、25％，挤压浓缩到浆料浓度38％，在100℃加热30min糊化。增强效果情况见下表：
| 淀粉用量 ％ | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 km | 增幅 ％ |
| 0 | 0 | 1.857 | ------ |
| 5 | 6.0 | 2.403 | 29.40 |
| 10 | 11.5 | 2.838 | 52.83 |
| 15 | 9.7 | 3.361 | 80.99 |
| 20 | 18.0 | 3.022 | 62.74 |
| 25 | 23.2 | 3.075 | 65.59 |
实施例4：
废纸浆纤维绝干20g，氧化淀粉用量15％，挤压浓缩到浆料浓度20％、30％、35％、38％、45％，在100℃加热30min糊化。增强效果情况见下表：
| 淀粉用量 ％ | 糊化浓度 ％ | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 km | 增幅 ％ |
| 15 | 20 | 23.8 | 3.800 | 104.63 |
| 15 | 30 | 28.2 | 3.629 | 95.42 |
| 15 | 35 | 29.3 | 3.456 | 86.11 |
| 15 | 38 | 29.7 | 3.361 | 80.99 |
| 15 | 45 | 29.0 | 3.208 | 72.75 |
实例5：
废纸浆纤维10g，，改变淀粉用量看增强效果的变化，淀粉用量以对浆料绝干质量计算。加热糊化浓度为25％，温度为95℃，时间为10min。具体增强效果和淀粉流失情况见下表：
| 淀粉用量 ％ | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 km | 增幅 ％ | 耐破指数 kpa.m2/g | 增幅 ％ |
| 0 | ------ | 2.43 | ------ | 1.28 | ------ |
| 5 | 17.5 | 3.10 | 27.6 | 1.62 | 26.6 |
| 10 | 19.4 | 3.43 | 41.2 | 2.07 | 61.7 |
| 15 | 26.6 | 4.20 | 72.8 | 2.47 | 93.0 |
| 20 | 27.9 | 4.64 | 90.9 | 2.72 | 112.5 |
实例6：
废纸浆纤维10g(绝干)，淀粉用量占浆料绝干质量20％，加热糊化浓度为25％，温度为95℃。时间不同时的具体增强效果和淀粉流失情况见下表：
| 时间 min | 淀粉流失率 ％ | 裂断长 km | 增幅 ％ | 耐破指数 kpa*m2/g | 增幅 ％ |
| 0 | 56.82 | 2.96 | 21.8 | 1.52 | 18.7 |
| 10 | 27.9 | 4.64 | 90.9 | 2.72 | 112.5 |
| 20 | 12.4 | 4.68 | 93.0 | 2.83 | 121.1 |
| 30 | 12.2 | 4.73 | 80.99 | 2.84 | 121.1 |
实例7：
废纸浆纤维10g(绝干浆)，糊化浓度25％，温度为95℃，时间为10min。淀粉用量占浆料绝干质量，改变淀粉用量，具体的表面强度见下表：
| 淀粉用量 ％ | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 表面强度 m/s | 0.16 | 0.25 | 0.38 | 0.38 | 0.38 |
实例9：
废纸浆纤维10g，，改变滑石粉用量看助留效果及成纸强度的变化，淀粉用量占浆料绝干质量20％，加热糊化浓度为20％。温度为95℃，时间为15min。具体助留效果和淀粉流失情况见下表：
| 填料用量 ％ | 耐破指数 KPa.m2/g | 裂断长 Km | 细小组分留着率 ％ | 填料留着率 ％ | 淀粉流失率 ％ |
| 0 | 1.32 | 2.68 | - | - | - |
| 10 | 1.92 | 4.77 | 71.0 | 57.2 | 38.6 |
| 15 | 1.84 | 4.18 | 78.2 | 68.5 | 39.1 |
| 20 | 1.38 | 3.72 | 75.7 | 58.2 | 45.3 |
| 25 | 1.64 | 3.91 | 73.4 | 65.1 | 53.9 |
| 30 | 1.49 | 3.45 | 78.6 | 75.2 | 54.6 |
Claims (2)
1.一种造纸增强处理工艺，其特征在于所说的工艺主要依次包括如下步骤：
(1)把浆料与占浆料绝干质量0.5～25％的淀粉疏解分散，混合均匀；
浆料浓度 2～20％
(2)将所得的混合原料在70～100℃下进行加热糊化，加热时间控制为8～150分钟；
(3)将加热糊化后的混合浆料用挤浆设备进行挤压浓缩，挤压浓缩使混合浆料浓度提高到21～45％；
(4)将浓缩后的混合浆料加水稀释，使用疏解设备使稀释后的浆料分散疏解，抄造成纸张。
2.一种造纸增强处理工艺，其特征在于所说的工艺主要依次包括如下步骤：
(1)将占浆料绝干质量0.5％～25％的淀粉与浓度为0.6％～6％的浆料混合均匀；
(2)将经过步骤(1)处理的浆料挤压浓缩使其浓度提高到12％～45％；
(3)将经过步骤(2)处理得到的浆料在70℃～100℃下，加热8min～150min使淀粉糊化；
(4)加水稀释，分散经步骤(3)处理得到的浆料，然后抄造成纸。
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