CN102796202A - 复合阳离子淀粉、其制造方法及采用该淀粉造纸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合阳离子淀粉的制造方法，包括步骤：将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液；在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉；将所述阳离子淀粉溶液稀释，并进行糊化处理；在糊化后的阳离子淀粉中加入相对原淀粉质量的0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，搅拌反应3小时至5小时，以使得阳离子淀粉之间发生交联反应，制得复合阳离子淀粉。本发明还提供一种采用上述方法制得的复合阳离子淀粉及采用上述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法。
Description
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，特别涉及一种用于造纸中的复合阳离子淀粉的制造方法、采用所述方法制得的复合阳离子淀粉及一种采用所述复合阳离子淀粉进行造纸的方法。
背景技术
阳离子淀粉是淀粉醚的一种重要衍生物，阳离子淀粉广泛应用于造纸行业中。阳离子淀粉带有正电荷，能够与造纸系统中的带负电荷的细小纤维及填料紧密结合，因而广泛应用于造纸湿部，具有增强、助留和助滤作用，可显著增强纸张质量，降低成本。然而，由于造纸系统中高化机浆和高封闭白水的循环使用，系统中的阴离子垃圾增多，在湿端添加一般的阳离子淀粉后系统保留及浆料脱水能力不足，影响纸机车速提升，并导致保留助剂成本的增加。
因此，有必要提供一种复合阳离子淀粉制造方法,以及所制得的复合阳离子淀粉及采用该复合阳离子淀粉造纸的方法，在造纸过程中系统保留及脱水能力都得以提升。
发明内容
本发明提供一种复合阳离子淀粉的制造方法，包括步骤：将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液；在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉；将所述阳离子淀粉溶液稀释，并进行糊化处理；在糊化后的阳离子淀粉中加入相对原淀粉质量的0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，搅拌反应3小时至5小时，以使得阳离子淀粉分子之间发生交联反应，制得复合阳离子淀粉。
一种复合阳离子淀粉，所述复合阳离子淀粉通过如下步骤制得：将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液；在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉；将所述阳离子淀粉溶液稀释，并进行糊化处理；在糊化后的阳离子淀粉中加入相对原淀粉质量的0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，以与阳离子淀粉发生进行接枝反应，在温度为20摄氏度至50摄氏度的条件下，搅拌反应3小时至5小时，制得所述复合阳离子淀粉，所述复合阳离子淀粉的粘度为原淀粉粘度的3至6倍。
一种采用上述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法，包括步骤：将所述制得的复合阳离子淀粉稀释至浓度为0.5%至1.2%的复合阳离子淀粉的混合物；以及将浓度为0.5%至1.2%的所述复合阳离子淀粉的混合物加入到磨浆后浆料中进行纸张抄造。
相比于普通的阳离子淀粉，本发明提供的复合阳离子淀粉应用于纸张抄造，对纸机网部脱水的10秒脱水速率提升10ml至30ml，系统保留提升了0.7%至4.2%，灰分保留提升2.4%至7.2%。因此，本发明制得的复合阳离子淀粉能够明显提升浆料脱水能力，有利于纸机车速的提升。并且系统保留及灰分保留也得到了提升，可以降低系统保留助剂的成本，从而可以降低造纸的成本。进一步地，纸张的内聚力、抗张强度及撕裂强度也有所增强，制得的纸张强度也有明显的提升。
附图说明
图1是本发明提供的复合阳离子淀粉制造方法的流程图。
图2是本发明提供的采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法的流程图。
图3是本发明第一实施例提供的复合阳离子淀粉制造方法的流程图。
图4是本发明第一实施例提供的采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法的流程图。
图5是本发明第二实施例提供的复合阳离子淀粉制造方法的流程图。
图6是本发明第二实施例提供的采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法的流程图。
图7是本发明第三实施例提供的复合阳离子淀粉制造方法的流程图。
图8是本发明第三实施例提供的采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合多个附图，对本发明提供的复合阳离子淀粉制造方法、复合阳离子淀粉及采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种复合阳离子淀粉的制造方法，所述复合阳离子淀粉制造方法包括以下步骤：
第一步，将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液。
在本步骤中，可以在常温下将原淀粉与水混合。采用的原淀粉可以为木薯原淀粉、玉米原淀粉、马铃薯原淀粉、小麦原淀粉中的任一种或者两种混合物。优选为马铃薯淀粉和木薯淀粉。制成的淀粉溶液的浓度为35%至40%，优选淀粉溶液的浓度为35%。
第二步，在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂进行醚化反应，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉。
所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。所述醚化剂的用量为绝干原淀粉用量为5%至8%。所述碱为氢氧化钠。所述氢氧化钠的浓度为5%至8%。所述碱和所述醚化剂摩尔比为1.8:1-2.6:1，所述碱和所述醚化剂摩尔比优选为1.9:1-2.4:1。淀粉溶液与所述醚化剂及碱进行反应的温度控制在40℃至50℃，所述碱与所述醚化剂发生活化反应，使得所述醚化剂与淀粉分子中的少部分羟基发生接枝反应。
第三步，将得到的阳离子淀粉进行稀释，并对稀释后的阳离子淀粉进行糊化处理。
稀释后的淀粉溶液的浓度控制为8%至12%。在进行糊化处理时，在95℃至98℃温度下蒸煮稀释后的淀粉溶液20分钟至30分钟。优选的蒸煮温度为95摄氏度，蒸煮反应时间为30分钟。在此步骤中，经过蒸煮使得淀粉发生糊化作用，淀粉分子发生吸水膨胀并破裂。经过糊化后，淀粉分子可以充分展开，每个淀粉分子中未进行醚化反应的羟基可以充分暴露出来，以方便后续反应的进行。
第四步，在糊化处理后的阳离子淀粉中缓慢加入相对于原淀粉质量为0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，搅拌反应3小时至5小时，以使得阳离子淀粉分子之间发生交联反应，制得复合阳离子淀粉产品。
所述引发剂选自高锰酸钾、乙酸和氢氧化钠中的一种。本步骤中，采用的改性剂为甲醛、环氧氯丙烷、三氯氧磷中的一种或两种以上混合物，控制的反应温度为20℃至50℃。在引发剂的作用下，改性剂具有两个或者两个以上的官能团。改性剂的两个或两个以上的官能团与不同的淀粉分子中的羟基反应，生成化学键，使得多个淀粉分子相互交联从而得到的复合阳离子淀粉。本发明中，通过测试粘度对得到的复合阳离子淀粉进行检测。通常得到的复合阳离子淀粉的粘度相比于未与改性剂进行反应之前的粘度增大3至6倍。即在温度为55摄氏度条件下，淀粉浓度为6%的原淀粉的粘度约为700bu，而本发明制得的复合阳离子淀粉的浓度为2000bu至4500bu。
本发明中，在加入引发剂及改性剂时，还向糊化后的阳离子淀粉中通入保护气体。所述保护气体为氮气或惰性气体。本实施例中采用氮气作为保护气体。在保护气体环境下，可以防止阳离子淀粉与环境中的氧气接触，从而避免被氧化以提高反应的效率。
在此步骤之后，还可以将制得的浓度为8%至10%的复合阳离子淀粉产品进一步稀释至浓度为3%至5%以备用。
本发明还提供一种采用上述方法制得的复合阳离子淀粉。
请参阅图2，本发明还提供一种采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法，具体为：
第一步，将上述制得的复合阳离子淀粉稀释至淀粉浓度为0.5%至1.2%的复合阳离子淀粉的混合物。
第二步，将稀释后得到的所述复合阳离子淀粉混合物加入到磨浆后的浆料中进行纸张抄造。
在本方法中，如所述复合阳离子淀粉制造方法未包括将其稀释至淀粉浓度为8%至10%，在采用所述方法制得的复合阳离子淀粉造纸方法的第一步中，可以直接将制得的复合阳离子淀粉溶液稀释至浓度为0.5%至1.2%。
本发明将浓度为0.5%至1.2%复合阳离子淀粉搅匀后应用于造纸系统中，其对纸机网部的脱水及系统保留具有明显提升。本发明制造的复合阳离子淀粉应用于造纸系统后，可以有效提高网部脱水能力，并且具有较高的系统及灰份保留能力，提升了纸机车速并降低了系统保留助剂成本，同时纸张强度也有明显提升。
以下，以具体制造方法进一步说明上述的复合阳离子淀粉制造方法及采用上述方法制得的复合阳离子淀粉造纸的方法。
本发明第一实施例提供一种复合阳离子淀粉的制造方法及采用所述复合阳离子淀粉造纸的方法。其中，请参阅图3，所述复合阳离子淀粉的制造方法括以下步骤：
第一步，称取140g绝干木薯原淀粉，在常温条件下，加水至400g配置成浓度为35%的淀粉溶液。
第二步，在50℃的水浴加热并搅拌的条件下，加入6%相对绝干淀粉用量的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，并加入浓度为5%的氢氧化钠。加入的氢氧化钠与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的摩尔比为2.4:1，反应持续6小时，得到阳离子淀粉。
第三步，加水稀释阳离子淀粉至浓度为8%，并升温至95℃糊化30分钟。
第四步，向糊化后的阳离子淀粉溶液中通入保护气体，并缓慢加入0.14克的引发剂氢氧化钠和0.14克的改性剂环氧氯丙烷，在温度50℃下，搅拌反应3小时，以使阳离子淀粉分子之间发生交联反应，即得复合阳离子淀粉产品。本实施例中，引发剂和改性剂的加入量为原淀粉质量的1%。
第五步，将上述的复合阳离子淀粉产品进一步稀释至淀粉浓度为4%以备用。
请参阅图4，采用将本实施例提供的方法制得的复合阳离子淀粉造纸方法，包括步骤：
第一步，将所述淀粉浓度为4%的复合阳离子淀粉产品稀释至浓度为1%的阳离子淀粉的混合物。
第二步，将所述浓度为1%的所述复合阳离子淀粉混合物加入到磨浆后浆料中进行纸张抄造。
采用本实施例中的复合阳离子淀粉产品与现有的普通阳离子淀粉在相同的条件下进行纸张抄造，所述的复合阳离子淀粉与普通阳离子淀粉的在造纸过程中及能到的纸张性能比较如下表：
| 项目 | 一般阳离子淀粉 | 复合阳离子淀粉 |
| 灰分% | 10.98 | 11.62 |
| 内聚力（kg·cm） | 1.38 | 1.48 |
| 抗张强度（N·m/g） | 53.44 | 57.63 |
| 撕裂强度（mN·m2/g） | 8.2 | 8.8 |
| 10秒滤水（ml） | 230 | 240 |
| 系统保留FPR（%） | 82.6 | 83.3 |
| 灰分保留APR（%） | 60.98 | 63.43 |
本发明第二实施例提供的一种复合阳离子淀粉的制造方法及一种采用所述方法制得的复合阳离子淀粉造纸的方法。其中，请参阅图5，所述复合阳离子淀粉的制造方法包括以下步骤：
第一步，称取140g绝干木薯原淀粉，在常温条件下，加水至350g配置成浓度为40%的淀粉溶液。所述木薯原淀粉也可以采用玉米原淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉中的一种或两种混合物替代。
第二步，在50℃的水浴加热并搅拌的条件下，加入相对于绝干淀粉用量6%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，并加入浓度为5%的氢氧化钠，反应持续6小时，得到阳离子淀粉。加入的氢氧化钠与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的摩尔比为2.4:1。
第三步，加水稀释阳离子淀粉至淀粉浓度为8%，并升温至95℃糊化30分钟。
第四步，向糊化后的阳离子淀粉溶液中通入氮气，并缓慢加入0.7克的高锰酸钾和0.7克的三氯氧磷，在温度50℃下，搅拌反应4小时，以与阳离子淀粉分子之间发生交联反应，即得复合阳离子淀粉产品。本实施例中，引发剂的加入量为原淀粉质量的0.5%，改性剂的用量为原淀粉质量的0.5%。
第五步，将上述的复合阳离子淀粉产品进一步稀释至淀粉浓度为4%以备用。
请参阅图6，采用将本实施例提供的方法制得的复合阳离子淀粉进行的造纸方法，包括步骤：
第一步，将所述淀粉浓度为4%的复合阳离子淀粉产品稀释至浓度为1%的复合阳离子淀粉的混合物。
第二步，将浓度为1%的所述复合阳离子淀粉混合物加入到磨浆后的浆料中进行纸张抄造。
采用本实施例中的复合阳离子淀粉产品与现有的普通阳离子淀粉在相同的条件下进行纸张抄造，所述的复合阳离子淀粉与普通阳离子淀粉的在造纸过程中及能到的纸张性能比较如下表：
| 项目 | 一般阳离子淀粉 | 复合阳离子淀粉 |
| 灰分（%） | 11.83 | 12.55 |
| 内聚力（kg·cm） | 1.37 | 1.46 |
| 抗张强度（N·m/g） | 52.82 | 57.35 |
| 撕裂强度（mN·m2/g） | 8.0 | 8.5 |
| 10秒滤水（ml） | 220 | 250 |
| 系统保留FPR（%） | 83.5 | 86.6 |
| 灰分保留APR（%） | 61.88 | 66.49 |
本发明第三实施例提供的一种复合阳离子淀粉的制造方法及一种采用所述方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法。其中，请参阅图7，所述复合阳离子淀粉的制造方法包括以下步骤：
第一步，称取140g绝干木薯原淀粉，在常温条件下，加水至400g配置成浓度为35%的淀粉溶液。所述木薯原淀粉也可以采用玉米原淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉中的一种或两种混合物替代。
第二步，在50℃的水浴加热并搅拌的条件下，加入相对于绝干淀粉用量6%的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，并加入浓度为5%的氢氧化钠。加入的氢氧化钠与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的摩尔比为2.4:1，反应持续6小时，得到阳离子淀粉。
第三步，加水稀释所述阳离子淀粉至淀粉浓度为8%，并升温至95℃糊化30分钟。
第四步，向糊化后的阳离子淀粉中通入氮气，并缓慢加入1.4克的引发剂高锰酸钾和1.4克的改性剂甲醛，在温度50℃下，搅拌反应4小时，以使阳离子淀粉分子之间发生交联反应，即得复合阳离子淀粉产品。本实施例中，引发剂和改性剂的加入量均为原淀粉质量的1%。
请参阅图8，采用本实施例提供的方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法，包括步骤：
第一步，将上述方法制得的复合阳离子淀粉产品稀释至浓度为1.2%的复合阳离子淀粉混合物。
第二步，将浓度为1.2%的所述复合阳离子淀粉混合物加入到磨浆后的浆料中进行纸张抄造。
采用本实施例中的复合阳离子淀粉产品与现有的普通阳离子淀粉在相同的条件下进行纸张抄造，所述的复合阳离子淀粉与普通阳离子淀粉的在造纸过程中及能到的纸张性能比较如下表：
| 项目 | 一般阳离子淀粉 | 复合阳离子淀粉 |
| 灰分% | 12.03 | 12.49 |
| 内聚力（kg·cm） | 1.43 | 1.52 |
| 抗张强度（N·m/g） | 53.45 | 58.22 |
| 撕裂强度（mN·m2/g） | 8.3 | 9.0 |
| 10秒滤水（ml） | 235 | 263 |
| 系统保留FPR（%） | 83.7 | 87.9 |
| 灰分保留APR（%） | 62.52 | 69.86 |
通过上述三个实施例可以得出，相比于普通的阳离子淀粉，本发明提供的复合阳离子淀粉应用于纸张抄造，对纸机网部脱水的10秒脱水速率提升10ml至30ml，系统保留提升了0.7%至4.2%，灰分保留提升2.4%至7.2。因此，本发明制得的复合阳离子淀粉能够明显提升浆料脱水能力，从而有利于纸机车速的提升。并且系统保留及灰分保留也得到了提升，可以降低系统保留助剂的成本，从而可以降低造纸的成本。进一步地，纸张的内聚力、抗张强度及撕裂强度也有所增强，制得的纸张强度也有了明显的提升。
本技术方案的医疗打印用纸及其制造方法不限于前述描述，本领域普通技术人员可根据本技术方案的技术构思作其它各种相应的改变与变形。但所有这些改变与变形都应属于本申请权利要求的保护范围。
Claims (22)
1.一种复合阳离子淀粉的制造方法，包括步骤：
将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液；
在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉；
将所述阳离子淀粉溶液稀释，并进行糊化处理；
在糊化后的阳离子淀粉中加入相对原淀粉质量的0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，搅拌反应3小时至5小时，以使阳离子淀粉分子之间发生交联反应，制得复合阳离子淀粉。
2.如权利要求1所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，所述引发剂为高锰酸钾、乙酸或氢氧化钠中的一种。
3.如权利要求1所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，所述改性剂选自甲醛、三氯氧磷和环氧氯丙烷中的至少一种。
4.如权利要求1所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，在糊化后的阳离子淀粉中加入所述引发剂和所述改性剂时，还向所述糊化后的阳离子淀粉中通入保护气体。
5.如权利要求1所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，在所述阳离子淀粉分子之间发生交联反应时，反应温度为20摄氏度至50摄氏度。
6.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，所述淀粉溶液的浓度为35%至40%。
7.如权利要求6所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，所述淀粉溶液中加入碱的浓度为5%至8%，所述醚化剂的用量为相对于绝干原淀粉用量的5%至8%，反应温度为40℃至50℃。
8.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉的制造方法，其特征在于，所述阳离子淀粉加入引发剂前先稀释至浓度为8%至12%。
9.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉制造方法，其特征在于，所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
10.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉制造方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠，所述碱和所述醚化剂摩尔比为1.8:1至2.6:1。
11.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉制造方法，其特征在于，对所述淀粉溶液进行糊化处理为在95℃至98℃温度下蒸煮所述淀粉溶液20分钟至30分钟。
12.如权利要求1至5任一项所述的复合阳离子淀粉制造方法，其特征在于，在制得所述复合阳离子淀粉之后，还包括将所述复合阳离子淀粉稀释至浓度为3%-5%。
13.一种复合阳离子淀粉，其特征在于，所述复合阳离子淀粉通过如下步骤制得：
将原淀粉加水混合，制成淀粉溶液；
在搅拌的条件下，在所述淀粉溶液中加入碱及醚化剂，反应持续3至10小时，得到阳离子淀粉；
将所述的阳离子淀粉溶液稀释，并进行糊化处理；以及
在糊化后所述阳离子淀粉中加入相对原淀粉质量的0.1%至1%的引发剂和相对原淀粉质量的0.1%至1%的改性剂，搅拌反应3小时至5小时，使得阳离子淀粉之间发生交联反应，制得所述复合阳离子淀粉，所述复合阳离子淀粉的粘度为原淀粉粘度的3至6倍。
14.如权利要求13所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述引发剂为高锰酸钾、乙酸或氢氧化钠中的一种。
15.如权利要求13所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述改性剂选自甲醛、三氯氧磷和环氧氯丙烷中的至少一种。
16.如权利要求13所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，在糊化后的阳离子淀粉中加入所述引发剂和所述改性剂时，还向所述糊化后的阳离子淀粉中通入保护气体。
17.如权利要求13至16任一项所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述淀粉溶液的浓度为35%至40%。
18.如权利要求13至16任一项所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述淀粉溶液中加入碱的浓度为5%至8%，所述醚化剂的用量为相对于绝干原淀粉用量的5%至8%，反应温度为40℃至50℃。
19.如权利要求13至16任一项所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
20.如权利要求13至16任一项所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述碱为氢氧化钠，所述碱和所述醚化剂摩尔比为1.8:1至2.6:1。
21.如权利要求13所述的复合阳离子淀粉，其特征在于，所述复合阳离子淀粉的粘度为2000bu至4500bu。
22.一种采用如权利要求1至5任一项所述的方法制得的复合阳离子淀粉进行造纸的方法，包括步骤：
将所述制得的复合阳离子淀粉产品稀释至浓度为0.5%至1.2%的复合阳离子淀粉的混合物；以及
将浓度为0.5%至1.2%的所述的复合阳离子淀粉的混合物加入到磨浆后的浆料中进行纸张抄造。
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