CN103266536A

CN103266536A - 一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN103266536A
Application number: CN2013101421357A
Authority: CN
Inventors: 唐艳军; 杨淑杰; 张俊华
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: CN103266536B

Abstract

本发明公开了一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用。包括以下步骤：（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素为原料，通过硫酸水解的方法制备。（2）表面施胶剂的制备工艺：首先，将已糊化的阳离子淀粉置于烧杯中并在磁力搅拌器上搅拌，在搅拌的同时将纳米微晶纤维素胶体加入到阳离子淀粉中，最后在该搅拌速度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）应用工艺：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的施胶剂均匀地涂在原纸的表面，然后将施胶后的纸张自然风干一定时间后再在烘干机上烘干。本发明使纸张表面抗张强度、撕裂度、耐破度等物理性能有显著的改善，并且用量少。

Description

一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用

技术领域

本发明属于造纸表面处理剂的领域，具体涉及一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用。

背景技术

近年来，纳米微晶纤维素作为一种新型的可再生纳米材料已引起了许多关注，纳米纤维素的宽度在30nm～100nm，可以在水中分散形成稳定的胶体。它不但具有纤维素的基本结构与性能，还具有纳米颗粒的特性，例如巨大的比表面积（70）、高强度（7500MPa）、高硬度（100-140GPa）等。因其独特的性质使纳米微晶纤维素在造纸、纺织、精细化工等领域得到广泛应用。

随着当前造纸、印刷及相关领域的不断发展，对于表面施胶剂提高纸和纸板表面性能和印刷适应性的要求也越来越高。表面施胶剂的制备越来越受到造纸业的重视，它与造纸原料结构调整、印刷方式多样化、高速化和纸制品高品质化的发展趋势等有关，所以表面施胶的作用及其优势显得尤为突出。表面施胶处理直接作用于纸张表面，克服了内添加助剂存在的纸机系统污染、起泡、高温抄造施胶度低等一系列操作性问题。国内外作为表面施胶剂的药品只要是淀粉及其改性物、PVA、CMC、PAM等。由于淀粉具有原料丰富、价格便宜、供应稳定、使用方便、天然高分子产品，使用无毒无污染、可化学改性及生物降解等优点，因此改性淀粉及其衍生物产品，在造纸工业中得到了广泛的应用。我国造纸工业正经历着造纸纤维原料、纸产品质量要求、纸品种及造纸工艺的调整，改性淀粉已成为造纸工业降低成本不可缺少的造纸化学品之一。阳离子淀粉是继原淀粉、阴离子淀粉之后出现的一种新型淀粉衍生物，因为其带有正电荷，它能够吸附造纸浆料中带负电荷的纤维、细小纤维、填料以及其他的阴离子垃圾，而且制备工艺成熟、取代度可调，在造纸工业中取得了很好的使用效果。同时，阳离子淀粉也是带正电荷的资源丰富、价格低廉的可再生资源，也被用在纸张表面施胶中，用作表面施胶剂时能提高纸张表面强度、改善纸张的印刷适应性等,实践已证明阳离子淀粉还在废纸回收中降低网下白水中的BOD负荷；然而，由于改性过的阳离子淀粉仍然存在分子量很大无法填充纸张表面的细小沟壑及其强度较差等缺陷。

发明内容

针对此问题，本发明的目的是提供一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用。将纳米微晶纤维素加入到阳离子淀粉中，提供一种环境友好、高强度、稳定性好的表面施胶剂。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为280r/min～300r/min的搅拌下，按照1:8～1:10的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为60%～65%的硫酸溶液中，反应温度为40℃～50℃的水浴，反应90min～120min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为10000r/min～11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心8min～10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为300r/min～400r/min的磁力搅拌器上搅拌10 min～20min，再将纳米微晶纤维素胶体按照0.1%～0.9%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。

施胶过程：将原纸按要求平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤1中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，然后将施胶后的纸张自然风干3min～4min后再在烘干机上烘干2min～3min，烘干温度为100℃～105℃。步骤（1）中的纳米纤维素胶体是通过硫酸水解法制备；0.1%～0.9%比例为纳米微晶纤维素的绝干量占阳离子淀粉的绝干量的比例。

本发明的创新点及优点：一、通过硫酸水解法制备的纳米微晶纤维素胶体因为其表面附有硫酸根离子而带负电荷，而阳离子淀粉带有正电荷，使二者发生不可逆的吸附，借助纳米微晶纤维素独特的高强度性质弥补了淀粉低强度的缺点，同时利用纳米微晶纤维素的纳米级尺寸效应可以填充到淀粉分子无法填充到的纸张表面的细小沟壑，从而使纸张表面的物理性质得到明显改善；二、原料丰富，价格便宜，生产成本低；三、制备工艺流程简单，且易操作；四、安全无毒、无污染。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。除非另有说明。

实施例1：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为300r/min的搅拌下，按照1:10的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为64%的硫酸溶液中，反应温度为50℃的水浴，反应90min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为400r/min的磁力搅拌器上搅拌15 min下，再将纳米微晶纤维素胶体按照0.1%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度和温度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）施胶过程：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤一中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，施胶速度为50m/min,然后将施胶后的纸张自然风干3min后再在烘干机上烘干3min，烘干温度为105℃。

实施例2：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为300r/min的搅拌下，按照1:8的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为65%的硫酸溶液中，反应温度为50℃的水浴，反应120min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为400r/min的磁力搅拌器上搅拌15 min下，将纳米微晶纤维素胶体按照0.3%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度和温度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）施胶过程：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤一中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，施胶速度为50m/min,然后将施胶后的纸张自然风干3min后再在烘干机上烘干3min，烘干温度为105℃。

实施例3：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为290r/min的搅拌下，按照1:9的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为65%的硫酸溶液中，反应温度为50℃的水浴，反应100min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为300r/min的磁力搅拌器上搅拌15 min下，再将纳米微晶纤维素胶体按照0.5%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度和温度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）施胶过程：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤一中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，施胶速度为50m/min,然后将施胶后的纸张自然风干3min～4min后再在烘干机上烘干2min～3min，烘干温度为100℃～105℃。

实施例4：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为300r/min的搅拌下，按照1:10的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为%的硫酸溶液中，反应温度为50℃的水浴，反应100min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为300r/min的磁力搅拌器上搅拌15 min下，再将纳米微晶纤维素胶体按照0.7%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度和温度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）施胶过程：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤一中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面,施胶速度为50m/min，然后将施胶后的纸张自然风干3min后再在烘干机上烘干3min，烘干温度为105℃。

实施例5：

（1）纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌速度为300r/min的搅拌下，按照1:8的固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加到浓度为63%的硫酸溶液中，反应温度为50℃的水浴，反应120min后，加水终止反应；将得到的混合液在转速为11000r/min的离心机中离心5～6次，每次离心10min；再将收集的纳米微晶纤维素胶体在规格为8000～14000的透析袋，直至胶体的pH=6～7。（2）表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在转速为300r/min的磁力搅拌器上搅拌15 min下，再将纳米微晶纤维素胶体按照0.9%的比例加入到阳离子淀粉，最后在该搅拌速度和温度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。（3）施胶过程：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将一定量的步骤一中制备的表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，施胶速度为50m/min,然后将施胶后的纸张自然风干3min后再在烘干机上烘干3min，烘干温度为105℃。

结合以上实例列表如下：

表1不同比例纳米微晶纤维素（NCC）的表面施胶前后纸张的物理性能测试

Figure 2013101421357100002DEST_PATH_IMAGE002

从表1可以看出，纳米微晶纤维素胶体的加入量在0.3%时抗张强度、撕裂强度最高，而耐破度仅仅加入量为0.1%时就达到最高，总之纳米微晶纤维素胶体的加入量小于0.3%就可以使纸张的物理性能增强有较大的提高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims

1. 一种纸张表面施胶剂的制备方法及应用，其特征包括如下步骤：步骤1纳米微晶纤维素胶体的制备：以微晶纤维素粉末为原料，在搅拌的同时按照一定固液比，将微晶纤维素粉末缓慢地加入到一定浓度的硫酸溶液中，反应一定时间，加水终止反应；将酸水解得到的混合液在离心机中离心数次，得到酸性的纳米微晶纤维素胶体；再将收集的胶体透析一定时间直至pH=6～7,即得到纳米微晶纤维素胶体；步骤2表面施胶剂的制备：首先，将已糊化的阳离子淀粉胶乳置于烧杯中并在磁力搅拌器上搅拌一定时间，在搅拌的同时再将纳米微晶纤维素胶体按照一定的比例加入到阳离子淀粉胶乳中，最后在该搅拌速度下搅拌均匀即得到阳离子淀粉复合施胶剂。

2.一种纸张表面施胶剂的应用，其特征在于该施胶剂的施胶过程是：将原纸平铺在玻璃板上并一端固定，用表面施胶棒将表面施胶剂均匀地涂在原纸的表面，然后将施胶后的纸张自然风干一定时间后再在烘干机上烘干。

3.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤1中酸水解制备纳米微晶纤维素胶体的固液比为1:8～1:12，硫酸浓度为60%～65%。

4.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤1中酸水解制备纳米微晶纤维素胶体的搅拌速度为280r/min～300r/min，温度为40℃～50℃的水浴，反应时间为90min～120min。

5.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤1中酸水解制备纳米微晶纤维素胶体的离心的转速为10000r/min～11000r/min，离心5～6次，每次离心时间为8min～10min；步骤2所述的搅拌速度为300r/min～400r/min、搅拌时间10min～20min。

6.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤2所述的阳离子淀粉是淀粉通过阳离子醚化和氧化反应而制备的，醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，该阳离子淀粉的水分≤20.0、白度≥86、固含量为61%。

7.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤2中的纳米微晶纤维素胶体的质量浓度为0.1%～0.6%。

8.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤2所述阳离子淀粉复合施胶剂的质量分数为8%。

9.根据权利要求1所述的一种纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：步骤2所述纳米微晶纤维素胶体按照0.1%～0.9%的比例加入到阳离子淀粉胶乳，该比例为纳米微晶纤维素的绝干量占阳离子淀粉的绝干量的比例。

10.根据权利要求2所述的一种纸张表面施胶剂的应用，其特征在于：施胶速度为40m/min～50m/min，纸张自然干3min～4min、烘干温度为100℃～105℃，烘干时间为1min～2min。