CN102230302A - 用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用淀粉提高荧光增白剂(OBA)在双涂和多层涂布纸与涂布纸板中增白效率的方法。本发明提供的方法利用了廉价的淀粉能够把荧光增白剂保留在涂布纸表面的特性，以淀粉取代涂料中部分或者全部昂贵的合成胶乳胶粘剂，同时降低了昂贵的OBA载体PVA或CMC的用量，不但有利于环境保护，还大大降低了涂布纸和涂布纸板的生产成本。本发明适用于采用双涂或多层涂布工艺生产铜版纸、涂布白卡纸、涂布白纸板、涂布箱纸板、涂布牛皮卡纸等涂布纸和涂布纸板的工厂。

Description

用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法
技术领域
本发明属于制浆造纸领域，尤其是一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法。
背景技术
造纸工业大量使用荧光增白剂(OBA或者FWA)改善涂布和未涂布纸张的白度与色调。OBA是一类分子自身具有吸收紫外光并在可见光区域发射出蓝光的能力的物质。添加在纸页中的OBA发出的蓝光(约在440nm附件)可以补偿纸浆纤维自身的浅黄色，从而提高纸页的可测白度和视觉白度。
水溶性的荧光增白剂也经常被添加在涂布纸涂料中以改善纸张的光学性能和印刷适性。涂布纸涂料主要由无机或有机颜料、胶粘剂等成分组成，其中颜料包括碳酸钙、高岭土、钛白粉、塑性颜料等，胶粘剂包括合成丁苯胶乳、苯丙胶乳和天然高分子如淀粉、蛋白质等。但是，OBA和常用颜料及乳胶胶粘剂的亲和性很小，水溶性的OBA在施涂后可以随着水份渗透到纸张内部，使OBA的增白效率大大降低。涂布纸工业一般采用水溶性高分子如聚乙烯醇(PVA)或羧甲基纤维素(CMC)作为OBA的载体，提高OBA在涂层中的留着率。2011年1月13日公开的美国专利METHOD FOR IMPROVING THE PERFORMANCE OF OPTICALBRIGHTENING AGENTS”(提高OBA效率的方法)(申请号：12/499916)发现在涂料中添加甘油类聚合物(polyglycerol)也可以提高OBA的增白效率。
作为OBA载体的水溶性高分子如PVA和CMC一般价格较高。随着环保意识的增强和石化产品价格的上涨，廉价的天然水溶性高分子淀粉及其衍生物被越来越多的作为辅助胶粘剂取代部分或者全部涂料中的胶乳。通过检索发现，2010年6月10日公开的美国专利“SURFACETREATMENT OF SUBSTRATE OR PAPER/PAPERBOARD PRODUCTS USING OPTICALBRIGHTENING AGENT”(用OBA对纸和纸板进行表面处理)(申请号：12/623950)公开了把OBA喷淋在施胶过一层淀粉的纸页上，其增白效果明显高于喷淋在没有用淀粉施胶过的纸张。
上述专利发现了用淀粉表面施胶能够提高喷淋在未涂布纸表面的荧光增白剂的效率，与上述专利明显不同，本专利发现廉价的淀粉不但能取代涂料中昂贵的胶乳胶粘剂，还能够提高涂层中荧光增白剂的增白效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种成本低、环保的用淀粉提高涂布纸和涂布纸板白度的方法，本方法适用于生产多种涂布纸和涂布纸板包括铜版纸、涂布白卡纸、涂布箱纸板、涂布牛皮卡纸、涂布灰底白板等。
本发明实现目的的技术方案如下：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，底涂涂料中的淀粉含量为底涂涂层总重量的3-20％，面涂涂料中含有为面涂涂层总重量的0.1-2.0％的荧光增白剂。
而且，底涂涂料中的淀粉含量为底涂涂层总重量的5-15％。
而且，面涂涂料中的荧光增白剂含量为面涂涂层总重量的0.3-1.5％。
而且，所述底涂涂料包括：淀粉：3-20份、胶乳0-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份、钛白粉：0-10份。
而且，所述面涂涂料包括：荧光增白剂：0.3-2.0份、荧光增白剂载体0-1.5份、胶乳8-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份。
而且，还包括中层涂料，中涂涂料的组成为：淀粉：5-20份、抗水剂：0.2-2.0份、胶乳0-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份。单面中涂涂层的涂布量为0-12g/m2，单面三层涂布的涂布总量不大于45g/m2。
而且，还包括造纸用涂料助剂。
而且，所述助剂包括分散剂、消泡剂、润滑剂、保水剂、杀菌剂、交联剂、抗水剂、增稠剂，增韧剂。
而且，所述底涂涂料的单面涂布量为6-20g/m2，所述面涂涂层的单面涂布量为6-20g/m2。
而且，底涂涂料、中层涂料、面涂涂料的单面涂布的总涂布量为15-45g/m2。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明提供的方法在原理上利用了廉价的淀粉能够把OBA保留在纸张表面的特性，还取代了涂料中昂贵的合成胶乳胶粘剂和降低了涂料中昂贵的OBA载体PVA和CMC在涂料中的用量等，不但有利于环境保护，还大大降低了生产成本。
2、本发明的应用范围广泛，适用于生产多种利用两层(双涂)或三层涂布工艺制造的单面或双面涂布纸和涂布纸板，如铜版纸、涂布白卡纸、涂布箱纸板、涂布灰底白板、涂布牛皮卡纸等，工艺简单、易于利用造纸厂现有的生产线实现。
3、本发明通过在底漆中添加淀粉以较低的涂布量得到较高的成纸白度，降低了涂层对涂布纸或涂布纸板力学性能的负面影响。
4、本发明发现了在底涂涂料中以淀粉为主体或者用3-20％的淀粉取代部分或者全部胶乳胶粘剂能够大大提高涂布纸涂层中荧光增白剂的增白效率，本发明不但在环保意义上有助于造纸工业使用廉价的天然淀粉取代合成的石化产品胶乳，还因为淀粉同时取代了胶乳和OBA载体而能够进一步降低造纸的原料成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术内容做进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
需要说明的是：以下实施例中所有原料均为市售产品，均属于造纸用化学品，除特殊说明外，标明功能的成分均具有造纸领域的普遍性，不具有特殊性，均为本领域公知技术，故没有列出详细信息，但均不会影响本发明的实施性。以下实施例涉及白度(又称亮度)均为GB/T 7974-2002中定义的白度，检测方法同国标中的记载，涉及的CIE白度均为ISO11475：2004中定义的CIE白度，检测方法按照ISO 11475：2004中的规定，无特殊含义，所使用的涂布装置均为本领域常用装置，无特殊要求。
在公开发表的文献中，由于淀粉的粘合能力稍弱于胶乳，一般以1.3-2份的淀粉取代1份胶乳。底涂(预涂)涂布和面涂涂布都可采用造纸厂常用的涂布装置如气刀、刮刀、帘式涂布机等。单面底涂和面涂涂层的涂布量可在6-20g/m2。双涂涂布纸的单面涂布总量不大于40g/m2。还可以根据实际需要在底涂(底涂)之后面涂之前施加中层涂布，即在底涂和面涂之间施涂中层涂料，单面中层涂层的涂布量可为6-12g/m2，但单面三层涂布的涂布总量不大于45g/m2。
用于本发明的涂布原纸或纸板可以是由漂白化学浆、未漂白化学浆、高得率浆、机械浆、再生纸浆、脱墨再生浆、及非木浆等浆料按照任何比例配抄的纸张如铜版原纸、灰底白纸板、箱板纸和牛皮卡纸等。
实施例1：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法，本实施例涉及底涂涂料中用淀粉取代部分胶乳对涂布再生箱板纸白度的影响：
(1)将底涂涂料施涂在定量为141g/m2，白度为15.8％的再生箱板纸上，底涂涂布量为10±1g/m2。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该底涂涂料包括：
60份高岭土(90％以上小于2微米)、40份(55级)碳酸钙、5份丁苯胶乳、10份淀粉，
其他辅料：分散剂(聚丙烯酸钠)，0.2份；消泡剂(聚乙二醇)0.03份；润滑剂(硬脂酸钙)0.3份；抗水剂(聚酰胺聚脲树脂)0.5份。
(2)作为比较样品，将不含淀粉的底涂涂料施涂在定量为141g/m2，白度为15.8％的再生箱板纸上，底涂涂布量为10±1g/m2。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该底涂涂料(不含淀粉)包括：
60份(90％以上小于2微米)高岭土、40份(55级)碳酸钙、12份丁苯胶乳，
其他辅料：分散剂(聚丙烯酸钠)，0.2份；消泡剂(聚乙二醇)0.03％；润滑剂(硬脂酸钙)0.3份；抗水剂(聚酰胺聚脲树脂)0.5份。
(3)采用施涂装置，将面涂涂料分别施涂在经含有淀粉的涂料底涂过(例1-1)和不含淀粉的涂料底涂过(例1-2)的再生箱板纸上，面涂涂布量为17±1g/m2。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该面涂涂料包括：
60份细粒高岭土(92％以上小于2微米)、40份重质碳酸钙(98级)、12份丁苯胶乳、0.6份4S型荧光增白剂(OBA)，
其他辅料：分散剂(聚丙烯酸钠)，0.2份；消泡剂(聚乙二醇)0.03份；润滑剂(硬脂酸钙)0.3份；抗水剂(聚酰胺聚脲树脂)0.5份。
(4)经过两次涂布后，底层涂料中含有淀粉(例1-1)的成纸白度(GB/T 7974-2002，下同)和其CIE白度(ISO 11475：2004，下同)分别为82.3％和96.6％，底涂中不含淀粉(例1-2)的成纸白度和CIE白度分别为75.4％和80.5％，而常规涂料(底涂中不含淀粉、面涂中不添加荧光增白剂)涂布的涂布箱纸板白度和CIE白度则分别为74.0％和76.0％，见表-1，说明了在底涂涂料中用10份淀粉取代7份胶乳能够大幅度提高面层涂料中OBA的增白效率，特别表现在使用相同面涂涂料(添加0.6份荧光增白剂)时，涂布箱纸板的CIE白度从80.5％提高到96.6％(表-1)。
实施例2：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法，本实施例涉及面涂涂料中含有OBA载体对涂布箱板纸白度的影响：
(1)将含有0.6份4S型荧光增白剂和1份OBA载体(PVA)的面涂涂料施涂在经实施例1中含有10份淀粉和5份胶乳底涂过的再生箱板纸上。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该面涂涂料包括：
60份细粒高岭土(92％以上小于2微米)、40份(98级)碳酸钙、12份丁苯胶乳、0.6份4S型荧光增白剂、1份聚乙烯醇(PVA作为OBA载体)，其他辅料：分散剂，0.2份；消泡剂0.03份、润滑剂0.3份、抗水剂0.5份。
面涂涂布量为17±1g/m2，经过两次涂布后，涂布箱纸板的白度约为84.5％，CIE白度约为106.3％。
(2)将含有0.6份4S型荧光增白剂和1份OBA载体(PVA)的面涂涂料同样施涂在经实施例1中不含淀粉的底涂(含有12份胶乳)涂料底涂过的再生箱板纸上。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该面涂涂料同样包括：
60份细粒高岭土(92％以上小于2微米)、40份(98级)碳酸钙、12份丁苯胶乳、0.6份4S型荧光增白剂、1份聚乙烯醇(PVA作为OBA载体)，其他辅料：分散剂，0.2份；消泡剂0.03份、润滑剂0.3份、抗水剂0.5份。
面涂涂布量为17±1g/m2。经过两次涂布后，涂布箱纸板白度约为80.3％，其CIE白度约为93.9％(见表1)。
(3)经过两次涂布后，底涂涂料中含有淀粉(例2-1)和不含淀粉(例2-2)的涂布箱纸板白度分别为84.5％和80.3％，CIE白度分别为106.3％和93.9％。淀粉取代胶乳不但降低了涂料中胶粘剂的成本，还使涂布箱板纸的白度提高了4个单位，CIE白度提高了13个单位(表1)。
实施例3：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法，本实施例涉及淀粉取代胶乳对涂布牛皮卡纸白度的影响
(1)用未漂白针叶木硫酸盐浆抄造本色牛皮卡纸(kraft linerboard)，所抄造的原纸定量为100±2g/m2，白度为20.5％，作为涂布牛皮卡原纸备用。
(2)采用涂布装置，将底涂涂料涂在上述牛皮卡纸上，该底涂涂料包括60份 高岭土(90％以上小于2微米)、40份(55级)碳酸钙、8份 丁苯胶乳、6份 淀粉，其他常用涂料助剂如：分散剂、抗水剂、消泡剂、润滑剂。涂布量为12±1g/m2。
(3)采用涂布装置，将面涂涂料施涂在经过底涂的牛皮卡纸上，其中该面涂涂料包括60份 细粒高岭土(92％以上小于2微米)、40份(95级)碳酸钙、12份 丁苯胶乳、0.8份CMC、0.8份4S型荧光增白剂，其他常用涂料助剂如：分散剂、抗水剂、消泡剂、润滑剂。涂布量为17±1g/m2。
(4)经过两次涂布后，成纸的白度(亮度)为81.2％，CIE白度为92.5，与涂布在底涂涂料中不添加淀粉的涂布牛皮卡纸(白度为78.6％、CIE白度为85.4％)比较，底涂涂料中用6份淀粉取代4份胶乳使涂布牛皮卡纸的白度提高了2.6个单位，CIE白度提高了7.1个单位，见表2。
实施例4：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法，本实施例涉及淀粉取代胶乳对涂布白纸板(white top)白度的影响
(1)造纸厂提供的涂布白纸板原纸，定量约为220g/m2，白度约为73.5％，作为涂布原纸备用。
(2)采用涂布装置，将含有淀粉的底涂涂料涂在上述涂布原纸上，该底涂涂料包括60份 高岭土(90％以上小于2微米)、40份(55级)碳酸钙、8份 丁苯胶乳、6份 淀粉，其他常用涂料助剂如：分散剂、抗水剂、消泡剂、润滑剂。涂布量为11±1g/m2。
(3)作为比较样品，将不含淀粉的底涂涂料使用相同涂布装置施涂在上述涂布原纸上，该底涂涂料包括60份 高岭土(90％以上小于2微米)、40份(55级)碳酸钙、12份 丁苯胶乳、其他常用涂料助剂如：分散剂、抗水剂、消泡剂、润滑剂。涂布量为11±1g/m2。
(4)采用涂布装置，将面涂涂料分别施涂在上述两种经过底涂的白纸板上，其中该面涂涂料包括60份 细粒高岭土(92％以上小于2微米)、40份(98级)碳酸钙、12份 丁苯胶乳、0.8份 PVA、0.8份4S型荧光增白剂，其他常用涂料助剂如：分散剂、抗水剂、消泡剂、润滑剂。涂布量为17±1g/m2。
(5)经过两次涂布后，底涂中用6份淀粉取代4份胶乳的涂布白纸板的白度(亮度)和CIE白度分别为86.0％和96.4％，与涂布在底涂涂料中不含淀粉的涂布白纸板(白度为81.9％、CIE白度为85.3％)比较，底涂中用6份淀粉取代4份胶乳使涂布白纸板的白度提高了4.1个单位，CIE白度提高了10.1个单位，见表3。
实施例5：
一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板白度的方法，本实施例涉及利用淀粉提高OBA增白效率的方法在较低成本下生产高档涂布纸。
(1)配抄涂布原纸，其浆料组成及配比为：
碱性过氧化氢机械浆(APMP)：30％，白度69％；漂白针叶木化学浆(NBKP)：30％，白度88％；漂白阔叶木化学浆(LBKP)：40％，白度85％；
所抄造的原纸定量为100±2g/m2，白度为74％。
(2)借助涂布装置实施底涂，双面涂布，每面涂布量为9～12g/m2。底涂涂料中含有10份淀粉。涂料固含量约60％，pH在8.5左右，该底涂涂料配方如下：
重质碳酸钙(55级)：70份；高岭土(90％以上小于2微米)：30份；丁苯胶乳：8份；淀粉：10份；抗水剂(聚酰胺聚脲)：0.5份；金红石型二氧化钛(微米级)，5份，
其他辅料：分散剂，0.2份；消泡剂0.03份；润滑剂0.5份。
(3)借助涂布装置实施面涂，双面涂布，每面涂布量为11～14g/m2。面涂涂料中含有1份OBA和1份PVA作为OBA载体。涂料固含量约60％，pH在8.5左右。该面涂涂料配方如下：
重质碳酸钙(98级)：80份；细粒高岭土(92％小于2微米)，20份；丁苯胶乳：15份；荧光增白剂：1份，四磺酸型液体增白剂；聚乙烯醇：1份，聚合度300～500；
其他辅料：分散剂0.2份、消泡剂0.03份、润滑剂0.3份、抗水剂0.5份。
(4)原纸的两面经过两次涂布后得到了白度约为91％的高白度涂布纸，满足国家标准(GB/T10335.1-2005)对优质铜版纸白度(白度不低于86％)的要求。应该指出，造纸厂生产铜版纸一般采用白度与铜版纸接近的涂布原纸(白度约在85％左右)，本发明使用的原纸白度仅为74％，大大降低了生产高白度涂布纸对原纸白度的要求，生产成本较低。
表-1：底涂涂料中淀粉含量和面涂涂料中OBA及其载体(PVA)含量对涂布再生箱纸板白度的影响(总涂布量约27±3g/m2，见例1和例2)。
Figure BDA0000061600610000061
表2：淀粉取代胶乳对涂布牛皮卡纸白度的影响(原纸白度20.5％，见例3)
Figure BDA0000061600610000062
Figure BDA0000061600610000071
表3：淀粉取代胶乳对涂布白纸板白度的影响(原纸白度73.5％，见例4)
应该说明的是：在公开发表的文献中，由于淀粉的粘合能力稍弱于胶乳，一般以1.3-2份的淀粉取代1份胶乳，本专利实施例中经常以1.5份淀粉取代1份胶乳。但是，因为淀粉的售价大大低于石化产品合成胶乳，使用1.5-2份淀粉取代1份胶乳作为涂布纸涂料的胶粘剂仍然有利于降低造纸的原料成本。为了避免淀粉对涂布纸或涂布纸板光泽度的负面影响，本专利没有给出在面涂涂料中使用淀粉的实施例。

Claims (10)

1.一种用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：底涂涂料中的淀粉含量为底涂涂层总重量的3-20％，面涂涂料中含有为面涂涂层总重量的0.1-2.0％的荧光增白剂。
2.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸和涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述底涂涂料中的淀粉含量为底涂涂层总重量的5-15％。
3.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述面涂涂料中的荧光增白剂含量为面涂涂层总重量的0.3-1.5％。
4.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸和涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述底涂涂料的包括：淀粉：3-20份、胶乳0-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份、钛白粉：0-10份。
5.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述面涂涂料的包括：荧光增白剂：0.3-2.0份、荧光增白剂载体0-1.5份、胶乳8-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份。
6.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：还包括中层涂料，中涂涂料的组成为：淀粉：5-20份、抗水剂：0.2-2.0份、胶乳0-20份、碳酸钙：10-90份、高岭土：10-80份。单面中涂涂层的涂布量为0-12g/m2，单面三层涂布的涂布总量不大于45g/m2。
7.根据权利要求4、5或6所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：还包括造纸用涂料助剂。
8.根据权利要求7所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述助剂包括分散剂、消泡剂、润滑剂、保水剂、杀菌剂、交联剂、抗水剂、增稠剂，增韧剂。
9.根据权利要求1所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：所述底涂涂料的单面涂布量为6-20g/m2，所述面涂涂层的单面涂布量为6-20g/m2。
10.根据权利要求9所述的用淀粉提高涂布纸或涂布纸板中荧光增白剂效率的方法，其特征在于：底涂涂料、中层涂料、面涂涂料的单面涂布的总涂布量为15-45g/m2。
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