CN102587197B - 浆料及其制备方法，应用该浆料制得的纸张 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种造纸领域使用的浆料，其含有植物纤维和淀粉基改性物，该淀粉基改性物与植物纤维的质量比为1∶9-3∶7，该淀粉基改性物中含有阳离子淀粉与交联剂的交联反应产物，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。本发明还提供一种上述浆料的制备方法及应用上述浆料制得的纸张。本发明通过制备一种特殊的淀粉基改性物，并将其与植物纤维混合制备浆料，可使纸张强度性能改善，使纸张的内聚力大幅提高。此外，所述淀粉基改性物成本低廉，可有效降低纸张的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸领域使用的浆料及其制备方法，以及应用该种浆料所制得的纸张。
背景技术
浆料的制备是造纸的重要步骤之一，通常是将木材等原料通过机械或化学的方法制成浆料。为了使制备的纸张能获得较好的强度性能如内聚力等，通常在浆料中添加一些化学助剂以改善纸张的品质。然而，这不仅会对造纸系统带来不利的影响，如各种添加助剂相互作用及增加白水循环的负担；还会导致浆料的制备成本上升。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的浆料。
另外，还有必要提供一种上述浆料的制备方法。
此外，还有必要提供一种应用上述浆料所制备的纸张。
一种浆料，其含有植物纤维和淀粉基改性物，该淀粉基改性物与植物纤维的质量比为1∶9-3∶7，该淀粉基改性物中含有阳离子淀粉与交联剂的交联反应产物，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。
一种浆料的制备方法，其包括如下步骤：
取原淀粉加水混合均匀，将其配制成淀粉水溶液；
向该淀粉水溶液中加入阳离子醚化剂使淀粉转化成阳离子淀粉；
在该阳离子淀粉水溶液中加入碱及交联剂，使淀粉在碱性环境下与交联剂发生交联反应，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，该交联剂的加入量为原淀粉绝干质量的0.1-5.0％；
将经交联反应后的淀粉溶液进行挤压浓缩，并将挤压出的固体物烘干、破碎，制得淀粉基改性物；
将所述淀粉基改性物加入含植物纤维的造纸原浆中，并加入填料、化学助剂和水混合均匀制得所述浆料，其中加入的淀粉基改性物与该造纸原浆中含有的植物纤维的质量比为1∶9-3∶7。
一种应用上述浆料所制得的纸张。
本发明通过制备一种特殊的淀粉基改性物，并将其与植物纤维混合制备浆料，该淀粉基改性物的羟基或改性官能团能够与浆料中的植物纤维形成氢键结合、静电结合，形成纤维-淀粉基改性物-纤维的网络结构，产生较强的作用力，使得纸张的内聚力大幅提高，纸张的强度得以改善。此外，所述淀粉基改性物成本低廉，可有效降低纸张的制造成本。
具体实施方式
本发明较佳实施例的造纸浆料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)制备淀粉基改性物，该淀粉基改性物的制备方法包括如下步骤：
(1.1)取一定质量的原淀粉，加水将其配制成质量百分浓度为30-60％的淀粉水溶液。该原淀粉可为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或马铃薯淀粉。
(1.2)向该淀粉水溶液中加入阳离子醚化剂使淀粉转化成阳离子淀粉。该阳离子醚化剂优选3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，其加入量为原淀粉绝干质量的2-8％。搅拌所述加入有阳离子醚化剂的淀粉水溶液并同时将其升温至40-50℃，在该温度下继续搅拌10-30min。
(1.3)向该淀粉水溶液中依次加入交联剂及碱，并继续在40-50℃下搅拌4-8h。该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，醚化反应交联剂可为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种，酯化反应交联剂可为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。该交联剂的加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％。该碱以氢氧化钠(NaOH)水溶液的方式加入，该NaOH水溶液的质量百分浓度为5％，且加入的NaOH水溶液中NaOH的质量为淀粉绝干质量的0.05-0.2％。
淀粉大分子上具有醇羟基(-OH)，-OH能够与交联剂发生醚化或酯化反应，使两个或两个以上的淀粉分子之间相互键合交联成多维空间网络结构。上述交联剂中乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷可与淀粉分子发生醚化反应，三氯氧磷、三偏磷酸钠可与淀粉分子发生酯化反应。
以本实施例中的交联剂为例，交联反应主产物如下：
乙二醛和淀粉反应生成的交联淀粉单元结构为：
三偏磷酸钠和淀粉反应生成的交联淀粉单元结构为：
环氧氯丙烷和淀粉反应生成的交联淀粉单元结构为：
该碱可调节淀粉水溶液的pH值以促进淀粉与交联剂发生交联反应。且该碱不限于使用NaOH，也可为其他的碱，如氢氧化钾(KOH)。
交联反应的过程中，还可添加适量的碳酸钠(Na2CO3)，以缓冲淀粉水溶液pH值的变化。
(1.4)将上述淀粉溶液升温至60-70℃，并在该温度下保温搅拌30-50min。
(1.5)使用高压螺旋挤压机将经上述处理后的淀粉溶液进行挤压，并将挤压出的固体物烘干、破碎后即制得所述淀粉基改性物。具体使用时，还需要进行筛分，以得到粒径在100-400目范围的淀粉基改性物。所述淀粉基改性物的粒径更优选为100目，以利于后续造纸段的使用。
(2)取适量的所述淀粉基改性物加入普通浆料中并混合均匀，该普通浆料中含有一定量的植物纤维，其中加入的淀粉基改性物与该浆料中含有的植物纤维的质量比为1∶9-3∶7，加水调节所述浆料的浓度，使淀粉基改性物与植物纤维的总质量达到浆料总质量的0.2％-0.4％，优选0.3％，再依次在浆料添加适量常规的化学助剂、填料等，混合均匀，即制得本发明所述的造纸浆料。该填料为高岭土、碳酸钙、滑石粉中的一种或多种。
该淀粉基改性物的羟基或改性官能团能够与浆料中的植物纤维形成氢键结合、静电结合，形成纤维-淀粉基改性物-纤维的网络结构，产生较强的作用力，从而使得纸张强度性能得以改善。此外，所述淀粉基改性物成本低廉，可有效降低纸张的制造成本。
下面通过具体实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1
在反应釜中加入200kg(绝干质量)原木薯淀粉，加水配制成质量百分浓度为40％的淀粉溶液，均匀搅拌下，向淀粉溶液中加入4kg的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，升温至50℃下保温搅拌10min，向淀粉溶液中加入0.6kg的乙二醛和含0.2kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌4h后，然后升温到70℃保温搅拌30min，接着将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为100目粒径，分筛后包装，即得淀粉基改性物1。
将实施例1所制得的淀粉基改性物1分别以三种不同质量与纤维浓度为4.0％的短纤维浆漂白阔叶木浆(LBKP浆)350g混合，并分别加水配制成浓度约为0.3％的浆料，在搅拌状态下分别依次向三种浆料中加入填料、阳离子淀粉、干强剂(干强剂稀释10倍)、浓度为0.2％的阳离子聚丙烯酰胺水溶液2g和阴离子二氧化硅水溶液4g，其中加入的填料、阳离子淀粉和干强剂的质量分别为短纤维和淀粉基改性物1总绝干质量和的18％、4％和15％，混合搅拌均匀后即制得所述浆料B1、浆料C1、浆料D1。另，将未添加淀粉基改性物1的浆料A1(含相同的填料及其他添加助剂)作为对比浆料。
浆料B1中淀粉基改性物1与短纤维的绝干质量比为1∶9。
浆料C1中淀粉基改性物1与短纤维的绝干质量比为1∶4。
浆料D1中淀粉基改性物1与短纤维的绝干质量比为3∶7。
最后使用浆料A1、浆料B1、浆料C1、浆料D1分别进行抄造纸张制成四种纸张，该四种纸张的物理性能测试结果如表一所示。
表一
通过上述表格中的测试结果可知：与浆料A1所制得的纸张相比，添加有淀粉基改性物1的浆料B1、C1、D1所制得的纸张的撕裂指数、抗张指数、耐破指数虽略有下降，但仍符合要求，不影响使用性能，而内聚力均具有较大幅度的提升。
实施例2
在反应釜中加入200kg(绝干质量)原木薯淀粉，加水配制成质量百分浓度为40％的淀粉溶液，均匀搅拌下，加10kg的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，升温至50℃下保温搅拌10min；向淀粉液中加入1kg的三氯氧磷和含0.2kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌4h后，然后升温到70℃保温搅拌30min，接着将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为100目粒径，分筛后包装，即得淀粉基改性物2。
将实施例2所制得的淀粉基改性物2分别以三种不同质量与纤维浓度为4.0％的短纤维浆漂白阔叶木浆(LBKP浆)350g混合，并分别加水配制成浓度约为0.3％的浆料，在搅拌状态下分别依次向三种浆料中加入填料、阳离子淀粉、干强剂(干强剂稀释10倍)、浓度为0.2％的阳离子聚丙烯酰胺水溶液2g和阴离子二氧化硅水溶液4g，其中加入的填料、阳离子淀粉和干强剂的质量分别为短纤维和淀粉基改性物2总绝干质量和的18％、4％和15％，混合搅拌均匀后即制得所述浆料B2、浆料C2、浆料D2。另，将未添加淀粉基改性物2的浆料A2(含相同的填料及其他添加助剂)作为对比浆料。
浆料B 2中淀粉基改性物2与短纤维的绝干质量比为1∶9。
浆料C2中淀粉基改性物2与短纤维的绝干质量比为1∶4。
浆料D2中淀粉基改性物2与短纤维的绝干质量比为3∶7。
最后使用浆料A2、浆料B2、浆料C2、浆料D2分别进行抄造纸张制成四种纸张，该四种纸张的物理性能测试结果如表二所示。
表二
通过上述表格中的测试结果可知：与浆料A2所制得的纸张相比，添加有淀粉基改性物2的浆料B2、C2、D2所制得的纸张的撕裂指数、抗张指数、耐破指数虽略有下降，但仍符合要求，不影响使用性能，而内聚力均具有较大幅度的提升。
实施例3
在反应釜中加入200kg(绝干质量)原木薯淀粉，加水配制成质量百分浓度为40％的淀粉溶液，均匀搅拌下，加入16kg的3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，升温至50℃下保温搅拌10min；向淀粉液中加入0.4kg的环氧氯丙烷和含0.4kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌4h后，然后升温到70℃保温搅拌30min，接着将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为100目粒径，分筛后包装，即得淀粉基改性物3。
将实施例3所制得的淀粉基改性物3分别以三种不同质量与纤维浓度为4.0％的短纤维浆漂白阔叶木浆(LBKP浆)350g混合，并分别加水配制成浓度约为0.3％的浆料，在搅拌状态下分别依次向三种浆料中加入填料、阳离子淀粉、干强剂(干强剂稀释10倍)、浓度为0.2％的阳离子聚丙烯酰胺水溶液2g和阴离子二氧化硅水溶液4g，其中加入的填料、阳离子淀粉和干强剂的质量分别为短纤维和淀粉基改性物3总绝干质量和的18％、4％和15％，混合搅拌均匀后即制得所述浆料B3、浆料C3、浆料D3。另，将未添加淀粉基改性物3的浆料A3(含相同的填料及其他添加助剂)作为对比浆料。
浆料B3中淀粉基改性物3与短纤维的绝干质量比为1∶9。
浆料C3中淀粉基改性物3与短纤维的绝干质量比为1∶4。
浆料D3中淀粉基改性物3与短纤维的绝干质量比为3∶7。
最后使用浆料A3、浆料B3、浆料C3、浆料D3分别进行抄造纸张制成四种纸张，该四种纸张的物理性能测试结果如表三所示。
表三
通过上述表格中的测试结果可知：与浆料A3所制得的纸张相比，添加有淀粉基改性物3的浆料B3、C3、D3所制得的纸张的撕裂指数、抗张指数、耐破指数虽略有下降，但仍符合要求，不影响使用性能，而内聚力均具有较大幅度的提升。
本发明通过制备一种特殊的淀粉基改性物，并将其与植物纤维混合制备浆料，该淀粉基改性物的羟基或改性官能团能够与浆料中的植物纤维形成氢键结合、静电结合，形成纤维-淀粉基改性物-纤维的网络结构，产生较强的作用力，使得纸张的内聚力大幅提高，纸张的强度得以改善。此外，所述淀粉基改性物成本低廉，可有效降低纸张的制造成本。
Claims (20)
1.一种浆料的制备方法，其包括如下步骤：
取原淀粉加水混合均匀，将其配制成淀粉水溶液；
向该淀粉水溶液中加入阳离子醚化剂使淀粉转化成阳离子淀粉；
在该阳离子淀粉水溶液中加入碱及交联剂，使淀粉在碱性环境下与交联剂发生交联反应，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，该交联剂的加入量为原淀粉绝干质量的0.1-5.0%，该交联反应步骤先保持溶液在40-50℃的温度下搅拌，之后升温至60-70℃搅拌；
将经交联反应后的淀粉溶液进行挤压浓缩，并将挤压出的固体物烘干、破碎，制得淀粉基改性物；
将所述淀粉基改性物加入含植物纤维的造纸原浆中，并加入填料、化学助剂和水混合均匀制得所述浆料，其中加入的淀粉基改性物与该造纸原浆中含有的植物纤维的质量比为1：9-3：7。
2.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或马铃薯淀粉。
3.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该原淀粉加水配制成淀粉水溶液的质量百分浓度为30-60%。
4.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵。
5.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该阳离子醚化剂加入量为原淀粉绝干质量的2-8%。
6.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种；该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：该碱为氢氧化钠，且加入氢氧化钠的质量为原淀粉绝干质量的0.05-0.2%。
8.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：所述破碎后的淀粉基改性物的粒径为100-400目。
9.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：所述破碎后的淀粉基改性物的粒径为100目。
10.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：所述淀粉基改性物与植物纤维的总质量为浆料总质量的0.2%-0.4%。
11.如权利要求1所述的浆料的制备方法，其特征在于：在该阳离子淀粉水溶液中加入碱及交联剂后，淀粉溶液先在40-50℃的温度下搅拌4-8h，之后升温至60-70℃保温搅拌30-50min。
12.一种浆料，其含有植物纤维，其特征在于：该浆料中还含有淀粉基改性物，该淀粉基改性物与植物纤维的质量比为1：9-3：7，该淀粉基改性物中含有阳离子淀粉与交联剂的交联反应产物，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，且该阳离子淀粉与交联剂的交联反应过程中先保持在40-50℃的温度下搅拌，之后升温至60-70℃搅拌。
13.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种。
14.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。
15.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：所述阳离子淀粉为原淀粉溶液与阳离子醚化剂的反应产物。
16.如权利要求15所述的浆料，其特征在于：该阳离子醚化剂为3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，其加入量为原淀粉绝干质量的2-8%。
17.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：所述交联剂的质量为原淀粉绝干质量的0.1-5.0%。
18.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：所述淀粉基改性物与植物纤维的总质量为浆料总质量的0.2-0.4%。
19.如权利要求12所述的浆料，其特征在于：所述淀粉基改性物与植物纤维的总质量为浆料总质量的0.3%。
20.一种应用权利要求12-19中任意一项所述的浆料所制得的纸张。
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