CN103757980A - 造纸用胶乳,制备方法及含有该造纸用胶乳的涂料 - Google Patents
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Abstract
一种造纸用胶乳，其含有淀粉、氧化剂、疏水改性剂及水，其中该氧化剂的用量为淀粉质量的7%-10%，该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%，该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。本发明还提供上述造纸用胶乳的制备方法及含有该造纸用胶乳的涂料。本发明解决了现有工艺使用淀粉基造纸用胶乳涂布纸张存在的成纸湿强差，遇湿容易掉粉的问题。
Description
技术领域
本发明涉及造纸领域使用的胶乳及其制备方法，还涉及含有该造纸用胶乳的涂料。
背景技术
淀粉来源广泛，价格低廉，具有可再生、无污染的优点。目前通过淀粉改性及优化制备造纸用胶乳，并部分取代石油基胶乳已经比较常见。但通过含有淀粉基胶乳的涂料涂布纸张存在成纸湿强差，遇湿容易掉粉的问题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种造纸用胶乳，可有效克服现有含有该淀粉基胶乳的涂料涂布纸张存在的成纸湿强差，遇湿容易掉粉的不足。
另外，还有必要提供一种上述造纸用胶乳的制备方法及含有该造纸用胶乳的涂料。
一种造纸用胶乳，其含有淀粉、氧化剂、疏水改性剂及水，其中该氧化剂的用量为淀粉质量的7%-10%，该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%，该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
一种造纸用胶乳制备方法，其包括如下步骤：
首先将淀粉加水配置成淀粉浆液；
然后向淀粉浆液中加入氧化剂进行氧化处理，得到氧化淀粉浆液，该氧化剂的用量为淀粉质量7%-10%；
向氧化淀粉浆液中加入疏水改性剂进行疏水改性反应，得到初步改性乳液，该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%，该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；
将该初步改性乳液糊化，制得造纸用胶乳。
一种应用该造纸用胶乳的涂料：其含有上述的造纸用胶乳1-10份、颜料100份、分散剂0.01-0.5份、流变剂0.1-1份、消泡剂0.01-0.5份、pH调整剂0-1.5份、荧光增白剂0-1份、杀菌剂0-0.5份以及常规胶乳，该常规胶乳包括丁苯胶乳2-10份、醋酸乙烯酯胶乳0-3份、聚乙烯醇0.1-2份。
本发明制备的造纸用胶乳性能优良，不仅具有传统生物胶乳的特性，而且具有优异的耐水性能，可以有效的克服包含该传统生物胶乳的涂料涂布纸张后引起纸张湿强差，湿掉粉等问题。大量使用在铜版纸涂料中，配合生产出符合各种社会需求的纸张，满足市场及社会的需求。
具体实施方式
本发明的造纸用胶乳，其含有淀粉、氧化剂、疏水改性剂及水，其中该氧化剂的用量为淀粉质量的7%-10%；该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%。
该淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、蜡质玉米淀粉中的至少一种。
该氧化剂选自次氯酸钠、过氧化氢、过硫酸钾中的至少一种。
该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
优选的，为了改善造纸用胶乳的分散性和流动性及减缓造纸用胶乳的老化,该胶乳中还可以加入粘度稳定剂。该粘度稳定剂选自乙二醇、丙三醇、烯丙醇、环己醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、二甲基甲醇、二甲基乙基甲醇、3-甲基-2-丁醇、山梨糖醇、三乙醇胺、尿素、甲酰胺等中的至少一种。该粘度稳定剂的用量为淀粉质量的15%-40%。
优选的，为了改善造纸用胶乳的流动性，该胶乳中还可以加入润滑剂。该润滑剂选自硫酸化蓖麻油、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯等中的至少一种。该润滑剂的用量为淀粉质量的0.5%-1%。
该水的用量为淀粉质量的170%-200%。
本发明造纸用胶乳的制备方法，其包括如下步骤：
（1）制备淀粉浆液。
向配备有搅拌器的容器中添加水、淀粉，制成质量百分浓度为20%-40%的淀粉浆液。
该淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、蜡质玉米淀粉中的至少一种。
（2）淀粉浆液的氧化。
向淀粉浆液中加入氧化剂，该氧化剂的用量为淀粉质量的7%-10%，氧化处理2-3h，制得氧化淀粉浆液。
该氧化剂选自次氯酸钠、过氧化氢、过硫酸钾中的至少一种。
（3）淀粉浆液的改性。
向氧化淀粉浆液中加入疏水改性剂，并调整氧化淀粉浆液的pH至3.5-9.5，进行疏水改性3-7h，得到初步改性乳液。该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%。
该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
（4）淀粉乳液的糊化。
加热该初步改性乳液至淀粉糊化温度（如95℃）对淀粉进行糊化20-30min，即制得本发明的造纸用胶乳。
优选的，为了改善造纸用胶乳的分散性能和流动性及减缓造纸用胶乳的老化,可以在糊化之前在初步改性乳液中加入粘度稳定剂以解决在生产过程中存在的胶乳粘度过高及缠绕搅拌器的不足，然后再进行糊化。该粘度稳定剂选自乙二醇、丙三醇、烯丙醇、环己醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、二甲基甲醇、二甲基乙基甲醇、3-甲基-2-丁醇、山梨糖醇、三乙醇胺、尿素、甲酰胺等中的至少一种。该粘度稳定剂的用量为淀粉质量的15%-40%。
优选的，为了改善造纸用胶乳的流动性，可以在糊化之前在初步改性乳液中加入润滑剂以解决在生产过程中存在的胶乳粘度过高及缠绕搅拌器的不足，然后再进行糊化。该润滑剂选自硫酸化蓖麻油、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯等中的至少一种。该润滑剂的用量为淀粉质量的0.5%-1%。
可以理解的，该胶乳的制备过程中，淀粉液反应体系始终保持搅拌状态。
本发明应用该造纸用胶乳的涂料：其含有上述的造纸用胶乳1-10份、颜料100份、分散剂0.01-0.5份、流变剂0.1-1份、消泡剂0.01-0.5份、pH调整剂0-1.5份、荧光增白剂0-1份、杀菌剂0-0.5份以及常规胶乳，该常规胶乳包括丁苯胶乳2-10份、醋酸乙烯酯胶乳0-3份、聚乙烯醇0.1-2份。
该颜料选自碳酸钙、瓷土、煅烧土、高岭土、滑石、氢氧化铝、二氧化硅中的至少一种。
该分散剂选自六偏磷酸钠、焦磷酸钠、多磷酸盐、聚丙烯酸钠、羧酸盐中的至少一种。
该流变剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素(HEC)、藻酸钠、淀粉、蛋白质中的至少一种。
该消泡剂选自磷酸三丁酯、辛醇、甘油聚氧丙烯聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂中的至少一种。
该pH调整剂为氢氧化钠。
该荧光增白剂选自二苯乙烯型、三嗪基氨基二苯乙烯类、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
该杀菌剂选自硫磺、硫酸铜、抗生素类、异噻唑啉酮、戊二醛中的至少一种。
通过本方法采用疏水剂进行改性后的淀粉基的胶乳，不仅具有传统生物胶乳的特性，而且因为改性后使淀粉具有一定疏水性能，从而可以有效的克服包含该传统生物胶乳的涂料涂布纸张后引起纸张湿强差，湿掉粉等问题。
应用的时候，将本发明制备的造纸用胶乳制备涂料进行纸张的涂布即可。应用该造纸用胶乳制备的涂料涂布纸张其湿强性良好且不易发生湿掉粉。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
实施例1的胶乳的配方具体参表1：
表1造纸用胶乳配方
实施例1的胶乳的制备方法包括如下步骤：按份数添加淀粉和水，制成37%的淀粉浆液，搅拌均匀。加入次氯酸钠，在常温下氧化2h。接着加入十二烯基琥珀酸酐、调整pH为8.5-9.0，常温下搅拌反应5h，然后加入山梨糖醇和硬酯酸钠，并在95℃下糊化30min，制得具有抗水性能的造纸用胶乳。
实施例1的含有该造纸用胶乳的涂料的配方：该涂料中含有碳酸钙95份、瓷土5份，聚丙烯酸钠0.03份、羟乙基纤维素0.4份、有机硅消泡剂0.01份、氢氧化钠0.5份、三嗪基氨基二苯乙烯类0.5份、异噻唑啉酮0.01份、聚乙烯醇0.8份、丁苯胶乳2份、醋酸乙烯酯胶乳1份、实施例1所制得的造纸用胶乳7份。
将上述涂料组分加水搅拌后调节涂料固含量为72%，在涂布车速为600m/min车速的刮刀涂布方式下进行生产涂布纸。
实施例2
实施例2的胶乳的配方具体参表2：
表2造纸用胶乳配方
实施例2的胶乳的制备方法包括如下步骤：按分数添加木薯淀粉和水，制成33.3%的淀粉浆液，搅拌均匀。加入次氯酸钠，在常温下氧化3h。接着加入AKD、调整pH为8.5-9.5，常温下搅拌反应3h，然后加入山梨糖醇和硬酯酸钠，并在95℃下糊化30min，制得具有抗水性能的造纸用胶乳。
实施例2的含有该造纸用胶乳的涂料的配方：参照实施例1的配方，不同的是添加实施例2所制得的造纸用胶乳，其他参数相同。
将上述涂料组分加水搅拌后调节涂料固含量为70%，在涂布车速为600m/min车速的刮刀涂布方式下进行生产涂布纸。
实施例3
实施例3的胶乳的配方具体参表3：
表3造纸用胶乳配方
实施例3的胶乳的制备方法包括如下步骤：按分数添加淀粉和水，制成37%的淀粉浆液，搅拌均匀。加入次过氧化氢，在常温下氧化2.5h。接着加入ASA、调整PH为3.5-4.5，常温下搅拌反应4h，然后加入三乙醇胺和氧化聚乙烯，并在95℃下糊化30min，制得具有抗水性能的造纸用胶乳。
实施例3的含有该造纸用胶乳的涂料的配方：参照实施例1的配方，不同的是添加实施例3所制得的造纸用胶乳，其他参数相同。
将上述涂料组分加水搅拌后调节涂料固含量为72%，在涂布车速为600m/min车速的刮刀涂布方式下进行生产涂布纸。
实施例4
实施例4的胶乳的配方具体参表4：
表4造纸用胶乳配方
实施例4的胶乳的制备方法包括如下步骤：按分数添加淀粉和水，制成37%的淀粉浆液，搅拌均匀。加入过氧化氢，在常温下氧化2.5h。接着加入硅烷偶联剂、调整pH为7-8，常温下搅拌反应3h，然后加入三乙醇胺和氧化聚乙烯，并在95℃下糊化30min，制得具有抗水性能的造纸用胶乳。
实施例4的含有该造纸用胶乳的涂料的配方：参照实施例1的配方，不同的是添加实施例4所制得的造纸用胶乳，其他参数相同。
将上述涂料组分加水搅拌后调节涂料固含量为73%，在涂布车速为600m/min车速的刮刀涂布方式下进行生产涂布纸。
对比例
对比例的涂料的配方：该涂料中含有碳酸钙95份、瓷土5份，聚丙烯酸钠0.03份、羟乙基纤维素0.4份、有机硅消泡剂0.01份、氢氧化钠0.5份、三嗪基氨基二苯乙烯类0.5份、异噻唑啉酮0.01份、聚乙烯醇0.8份、丁苯胶乳9份、醋酸乙烯酯胶乳1份。
将上述涂料组分加水搅拌后调节涂料固含量为72%，在涂布车速为600m/min车速的刮刀涂布方式下进行生产涂布纸。
实施例1-4分别是通过对涂料中的造纸用胶乳70%取代合成胶乳后所制得的成纸的干强RI、湿强RI、IGT、光泽度、Croda进行测试，测试结果如表5所示。
对比例的涂料中添加传统丁苯胶乳合成胶乳，使用该涂料涂布的纸张其湿强性能达到了较好的水平，而实施例中1-4中的干强、湿强及Croda效果与对比例一致，IGT、光泽度与对比例基本持平，这说明使用本发明自制胶乳后湿强与丁苯胶乳等合成胶乳湿强相当，即性能良好，达到了较好的水平。此外，实施例1-4是自制的以淀粉为基材的具有抗水性能的造纸胶乳，相较于对比例其成本较低。
表5
| 项目 | 对比例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 千强RI(分) | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| 湿强RI(分) | 7 | 7 | 7 | 7 | |
| IGT(m/s) | 3.60 | 3.50 | 3.56 | 3.60 | 3.62 |
| 光泽度(％) | 69 | 68.5 | 68.8 | 68.6 | 68.5 |
| Croda(分) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
本中虽然阐述了具体实施方案，但在本发明基础上，做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (12)
1.一种造纸用胶乳，其含有淀粉、氧化剂、疏水改性剂及水，其中该氧化剂的用量为淀粉质量的7%-10%，该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%，该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
2.如权利要求1所述的造纸用胶乳，其特征在于：该胶乳中还包括粘度稳定剂，该粘度稳定剂选自乙二醇、丙三醇、烯丙醇、环己醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、二甲基甲醇、二甲基乙基甲醇、3-甲基-2-丁醇、山梨糖醇、三乙醇胺、尿素、甲酰胺中的至少一种。
3.如权利要求1所述的造纸用胶乳，其特征在于：该胶乳中还包括润滑剂，该润滑剂选自硫酸化蓖麻油、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯中的至少一种。
4.一种造纸用胶乳制备方法，其包括如下步骤：
首先将淀粉加水配置成淀粉浆液；
然后向淀粉浆液中加入氧化剂进行氧化处理，得到氧化淀粉浆液，该氧化剂的用量为淀粉质量7%-10%；
向氧化淀粉浆液中加入疏水改性剂进行疏水改性反应，得到初步改性乳液，该疏水改性剂的用量为淀粉质量的5%-20%，该疏水改性剂选自十二烯基琥珀酸酐、顺丁烯二酸酐、环氧氯丙烷、烷基烯酮二聚体，烯基琥珀酸酐、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；
将该初步改性乳液糊化，制得造纸用胶乳。
5.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：淀粉浆液的质量百分浓度为20%-40%。
6.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：氧化处理的时间为2-3小时。
7.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：疏水改性反应的pH调整至3.5-9.5，反应时间为3-7小时。
8.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：该初步改性乳液糊化时间为20-30min。
9.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：还包括在初步改性乳液糊化前加入粘度稳定剂，该粘度稳定剂选自乙二醇、丙三醇、烯丙醇、环己醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、二甲基甲醇、二甲基乙基甲醇、3-甲基-2-丁醇、山梨糖醇、三乙醇胺、尿素、甲酰胺中的至少一种，该粘度稳定剂的用量为淀粉质量的15%-40%。
10.如权利要求4所述的造纸用胶乳制备方法，其特征在于：还包括在初步改性乳液糊化前加入润滑剂，该润滑剂选自硫酸化蓖麻油、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯中的至少一种，该润滑剂的用量为淀粉质量的0.5%-1%。
11.一种含有权利要求1-3中任意一项所述的造纸用胶乳的涂料。
12.如权利要求11所述的涂料，其特征在于：该涂料中含有上述的造纸用胶乳1-10份、颜料100份、分散剂0.01-0.5份、流变剂0.1-1份、消泡剂0.01-0.5份、pH调整剂0-1.5份、荧光增白剂0-1份、杀菌剂0-0.5份以及常规胶乳，该常规胶乳包括丁苯胶乳2-10份、醋酸乙烯酯胶乳0-3份、聚乙烯醇0.1-2份。
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