CN103790068A

CN103790068A - 淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法

Info

Publication number: CN103790068A
Application number: CN201410054001.4A
Authority: CN
Inventors: 曹石林; 马晓娟; 郑斌; 黄六莲; 陈礼辉
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: CN103790068B

Abstract

本发明公开一种淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法，包括如下步骤：称取一定量淀粉，用水分散均匀后进行糊化处理。另称取一定量造纸填料用水分散后进行均质化处理。把造纸填料和糊化淀粉混合后再进行均质化处理。最后对造纸填料和糊化淀粉的混合物进行喷雾干燥，造纸填料颗粒表面包裹一层淀粉层，即可得淀粉包裹的胶囊型造纸填料。该方法具有工艺简单、成本低、易操作、改性效果明显等特点。相比未改性造纸填料，制备所得胶囊型造纸填料在提高纸张的加填量，节省植物纤维原料的同时，能显著提高加填纸的物理强度性能，并提高最终纸产品的质量。

Description

淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法

技术领域

本发明涉及造纸领域，特别涉及一种淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法。

背景技术

在造纸工业，纸浆中加填矿物质填料具有悠久的历史。由于具有节省植物纤维原料、提高纸浆滤水速度、降低纸机干燥部能耗等优点，加填在造纸工业中得到了极大的发展。在当今造纸工业原料组成中，填料仅次于植物纤维，占第2位，约为10%，并且所占比例仍在不断上升。然而，随着造纸填料的添加，一些问题也随之产生，如纸张的强度性能下降、施胶效果变差、造纸网寿命缩短、印刷中易出现掉毛掉粉现象等。

为了克服或减轻加填造成的这些缺陷，国内外研究工作者对造纸填料进行了各种改良和功能化，研究和开发出许多填料改性方法，使造纸工程填料成为一个极其潜力的研究领域。大致有如下几个方面：填料的超细化和纳米化；填料的中空化；填料的纤维化；填料的复合化；填料的预絮凝；填料的表面改性；新型无机填料和有机填料的开发。其中，填料的表面改性在近来年研究尤为活跃，有基于天然高分子膜的改性技术、基于水性聚合物的改性技术、基于表面活性剂的离子化改性等。其中，淀粉由于具有成本低、易包覆固着于填料表面、与纤维有良好的结合性能、包覆层不易溶解等优点，成为最具应用潜力造纸填料改性剂。

迄今为止，开发出了许多淀粉包覆造纸填料的方法，如淀粉糊化改性、淀粉/脂肪酸络合改性等，但真正能应用于生产实践的技术很少。这主要存在三个方面的问题：一是填料改性的工艺复杂，成本太高，造纸企业难以承受；二是填料改性的效果不明显，随着填料的加入，纸张的强度性能下降较大；三是随着填料的加入量的增加，对纸机的运行会产生一系列问题。开发出工艺简单、成本低、效果显著的造纸填料改性方法，对于降低造纸企业生产成本、节约能耗、提高产品质量、增强企业竞争力，促进造纸工业的绿色、低碳和可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法。该方法具有工艺简单、成本低、易操作、改性效果明显等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所述的淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法，包括以下步骤：

1）淀粉糊化：称取一定量淀粉，加入适量去离子水，配制成淀粉悬浮液，搅拌均匀分散后进行糊化处理；

2）填料均质分散：称取一定量造纸填料，加入适量去离子水，配制成填料悬浮液，再用均质机分散均匀；

3）淀粉与填料混合均质：将步骤1）获得的糊化淀粉和步骤2）获得的均质造纸填料混合后，再用均质机进行均质化处理；

4）喷雾干燥：将步骤3）获得的淀粉与造纸填料的混合悬浮液经喷雾干燥器喷雾干燥处理后，即可得淀粉包裹的胶囊型造纸填料。

所述淀粉选自造纸工业常用的淀粉种类，其中至少有一种选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、氧化淀粉、阳离子淀粉或羧甲基淀粉。

上述淀粉悬浮液的质量百分浓度为1~5%，糊化温度为90~95℃，糊化时间为30~90min。

所述造纸填料选自造纸工业常用的填料种类，其中至少有一种选自碳酸钙、滑石粉、高岭土或二氧化钛，造纸填料粒度为1000~1500目。

上述淀粉与造纸填料的质量比为1:4~1:10。

上述造纸填料悬浮液的质量百分浓度为20~40%；步骤2）和步骤3）的均质机为连续式高剪切均质机，均质机转速为10000~15000rpm。

所述喷雾干燥器为离心式喷雾干燥器。

所述的喷雾干燥流程如下：淀粉与造纸填料的混合悬浮液经过滤后用离心泵输送至喷雾干燥器的干燥塔内的雾化器进行喷雾干燥；通过喷雾干燥器干燥后，制备成淀粉包裹的胶囊型造纸填料成品在干燥塔底部出料；所述干燥所需热空气取自大气，经泡沫过滤器过滤后用离心通风机输送至电加热器加热，再送至干燥塔的空气分布器；喷雾干燥产生的废气经旋风分离器进行除尘分离回收混杂的胶囊型造纸填料产品后，由引风机排向大气。

所述喷雾干燥工艺如下：离心式喷雾干燥器的进风温度为120~250℃，离心式喷雾干燥器的出风温度为60~90℃，空气相对湿度为70~80%，离心式喷雾干燥器的离心喷雾盘转速为10000~15000rpm。

本发明所述的淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法，具体采用的步骤是：淀粉用水分散后进行糊化处理，并对造纸填料进行均质化处理，再把造纸填料和糊化淀粉混合后进行均质化处理，最后对造纸填料和糊化淀粉的混合物进行喷雾干燥，即可得淀粉包裹的胶囊型造纸填料。具体包括以下步骤：

1）淀粉糊化：称取一定量淀粉，加入适量去离子水，配制成质量百分浓度为1~5%的淀粉悬浮液，搅拌分散均匀后进行淀粉糊化处理。淀粉糊化工艺如下：搅拌速度为120~180rpm，糊化温度为90~95℃，糊化时间为30~90min。

2）填料均质分散：称取一定量造纸填料，加入适量去离子水，配制成质量百分浓度为20~40%的填料悬浮液，再用连续式高剪切均质机分散均匀，均质机转速为10000~15000rpm。

3）淀粉与填料混合均质：将步骤1）获得的糊化淀粉和步骤2）获得的均质造纸填料混合后，再用连续式高剪切均质机进行均质化处理，均质机转速为10000~15000rpm。

4）喷雾干燥：将步骤3）获得的淀粉与造纸填料的混合悬浮液经离心式喷雾干燥器喷雾干燥处理后，造纸填料颗粒表面包裹一层淀粉层，即可得淀粉包裹的胶囊型造纸填料。

上述步骤1)的淀粉糊化时：所述淀粉选自包括玉米淀粉、马铃薯淀粉、氧化淀粉、阳离子淀粉、羧甲基淀粉等造纸工业常用的淀粉种类。

上述步骤2)的填料均质分散时：所述造纸填料选自包括碳酸钙、滑石粉、高岭土、二氧化钛等造纸工业常用的填料种类，填料粒度为1000~1500目。

上述步骤3)的淀粉与填料混合均质时：所述的淀粉与填料的比例为1:4~1:10。

上述步骤2)的填料均质分散和步骤3)的淀粉与填料混合均质时：所述的均质机为连续式高剪切均质机。

上述步骤4)的喷雾干燥时：所述的喷雾干燥器优选离心式喷雾干燥器。

上述步骤4)的喷雾干燥时：喷雾干燥流程如下：淀粉与造纸填料的混合悬浮液经过滤后用离心泵输送至喷雾干燥器的干燥塔内的雾化器进行喷雾干燥；通过喷雾干燥器干燥后，制备成淀粉包裹的胶囊型造纸填料成品在干燥塔底部出料；干燥所需热空气取自大气，经泡沫过滤器过滤后用离心通风机输送至电加热器加热，再送至干燥塔的空气分布器；喷雾干燥产生的废气经旋风分离器进行除尘分离回收混杂的胶囊型造纸填料产品后，由引风机排向大气。

上述步骤4)的喷雾干燥时：喷雾干燥工艺如下：进风温度为120~250℃，出风温度为60~90℃，空气相对湿度为70~80%，离心喷雾盘转速为10000~15000rpm，进料速度和进塔空气量根据喷雾干燥器设备生产能力选定。

本发明所述的淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法应用于制浆造纸领域。

本发明相对于现有技术具有如下的优点和特点：

（1）本发明所述的用淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法具有工艺简单、成本低、易操作、改性效果明显等优点。

（2）本发明所述的用淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法能直接用于工业生产，提高纸张的加填量，节省植物纤维原料，提高加填纸的物理强度性能，并提高最终纸产品的质量。经试验发现与未改性填料相比，在达到相同纸张强度性能情况下，经淀粉喷雾干燥制备的胶囊型造纸填料加填量能增加10~20%。在相同加填料情况下，加填经淀粉喷雾干燥制备的胶囊型造纸填料，纸张的强度性能，包括抗张强度、耐破强度、撕裂强度性能提高15%以上。

（3）本发明所述的用淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法在造纸填料颗粒表面包裹了一层淀粉层，使造纸植物纤维与填料之间的接触改变为纤维与淀粉之间的接触，而淀粉与纤维表面具有羟基官能团，能形成氢键联接，从而增强了纤维与填料之间的结合力，提高了加填纸张的物理强度性能。

附图说明

图1为实施例一中淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料所采用的流程图。

图2为实施例一中淀粉喷雾干燥制备的胶囊型造纸填料扫描电子显微镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

1）称取100千克普通玉米淀粉，加入4900千克去离子水，配制成质量百分浓度为2%的淀粉悬浮液，搅拌分散均匀后进行淀粉糊化处理。淀粉糊化工艺如下：搅拌速度为150rpm，糊化温度为95℃，糊化时间为60min。

2）称取500千克粒度为1250目的轻质碳酸钙，加入2000千克去离子水，配制成质量百分浓度为20%的填料悬浮液，再用连续式高剪切均质机以12000rpm的转速分散均匀。

3）将步骤1）获得的糊化淀粉和步骤2）获得的均质造纸填料混合后，再用连续式高剪切均质机进行均质化处理。均质机转速为10000rpm。

4）将步骤3）获得的淀粉与造纸填料的混合悬浮液经离心式喷雾干燥器喷雾干燥处理后，造纸填料颗粒表面包裹一层淀粉层，即可得淀粉包裹的胶囊型造纸填料。

上述制备的胶囊型碳酸钙填料用扫描电子显微镜观察（见图2所示）可知，在碳酸钙填料表面覆盖包裹了一层淀粉层。上述制备的胶囊型碳酸钙填料应用于纸页抄造，浆料配为：漂白硫酸盐针叶木浆16%，漂白硫酸盐阔叶木浆84%；纸浆打浆度为43.4^oSR；纸页定量为80g/m²；胶囊型碳酸钙填料添加填量为23.61%。加填纸张的物理强度性能指标为：扩张指数为70.24N×m/g，撕裂指数为12.46mN×m²/g，耐破指数为5.27kPa×m²/g。与加填相同填加量的未改性碳酸钙填料相比，扩张指数提高15.42%，撕裂指数提高18.36%，耐破指数提高16.23%。

上述实施例中的步骤4）的离心式喷雾干燥器的喷雾干燥工艺如下：离心式喷雾干燥器的进风温度为180℃，出风温度为80℃，空气相对湿度为70%，离心式喷雾干燥器的离心喷雾盘转速为12000rpm，进料速度180L/h，进塔空气量15000m³/h。

实施例二

1）称取62.5千克马铃薯淀粉，加入1500千克去离子水，配制成质量百分浓度为4%的淀粉悬浮液，搅拌分散均匀后进行淀粉糊化处理。淀粉糊化工艺如下：搅拌速度为180rpm，糊化温度为95℃，糊化时间为80min。

2）称取500千克粒度为1250目的高岭土，加入1500千克去离子水，配制成质量百分浓度为25%的填料悬浮液，再用连续式高剪切均质机以14000rpm的转速分散均匀。

3）将步骤1）获得的糊化淀粉和步骤2）获得的均质造纸填料混合后，再用连续式高剪切均质机进行均质化处理。均质机转速为12000rpm。

上述制备的胶囊型高岭土填料应用于纸页抄造，浆料为本色硫酸盐针叶木废纸浆；纸浆打浆度为45.6^oSR；纸页定量为150g/m²；胶囊型高岭土填料添加填量为12.73%。加填纸张的物理强度性能指标为：扩张指数为46.32N×m/g，撕裂指数为14.4mN×m²/g，耐破指数为3.96kPa×m²/g。与加填相同填加量的未改性高岭土填料相比，扩张指数提高16.56%，撕裂指数提高19.42%，耐破指数提高18.75%。

上述实施例中的步骤4）的离心式喷雾干燥器的喷雾干燥工艺如下：离心式喷雾干燥器的进风温度为170℃，出风温度为75℃，空气相对湿度为70%，离心式喷雾干燥器的离心喷雾盘转速为12000rpm，进料速度160L/h，进塔空气量12000m³/h。

实施例三

1）称取60千克阳离子淀粉，加入2340千克去离子水，配制成质量百分浓度为2.5%的淀粉悬浮液，搅拌分散均匀后进行淀粉糊化处理。淀粉糊化工艺如下：搅拌速度为180rpm，糊化温度为90℃，糊化时间为90min。

2）称取600千克粒度为1250目的滑石粉，加入2400千克去离子水，配制成质量百分浓度为20%的填料悬浮液，再用连续式高剪切均质机以14000rpm的转速分散均匀。

上述制备的胶囊型滑石粉填料应用于纸页抄造，浆料配为：漂白硫酸盐针叶木浆16%，漂白硫酸盐阔叶木浆84%；纸浆打浆度为43.4^oSR；纸页定量为70g/m²；胶囊型滑石粉填料添加填量为18.89%。加填纸张的物理强度性能指标为：扩张指数为65.02N×m/g，撕裂指数为10.62mN×m²/g，耐破指数为4.86kPa×m²/g。与加填相同填加量的未改性滑石粉填料相比，扩张指数提高18.67%，撕裂指数提高17.33%，耐破指数提高15.92%。

上述实施例中的步骤4）的离心式喷雾干燥器的喷雾干燥工艺如下：离心式喷雾干燥器的进风温度为160℃，出风温度为80℃，空气相对湿度为70%，离心式喷雾干燥器的离心喷雾盘转速为15000rpm，进料速度150L/h，进塔空气量12500m³/h。

上述实施例中的步骤4）的离心式喷雾干燥器的喷雾干燥流程见图1所示：糊化淀粉与造纸填料进入均质机进行均质化处理后形成的混合悬浮液经过滤器过滤后用离心泵按一定的进料速度输送至离心式喷雾干燥器的干燥塔内的雾化器进行喷雾干燥，所述的干燥塔内的离心喷雾盘按一定转速旋转；通过雾化器喷雾干燥后，制备成淀粉包裹的胶囊型造纸填料成品在干燥塔底部经卸料阀出料；离心式喷雾干燥器干燥所需热空气取自大气，空气经泡沫过滤器过滤后用离心通风机输送至空气电加热器，以一定的空气相对湿度、进风速度和进塔空气量送至干燥塔的空气分布器；喷雾干燥产生的废气经旋风分离器进行除尘分离回收废气中混杂的胶囊型造纸填料产品后，由引风机排向大气。

Claims

1.一种淀粉喷雾干燥制备胶囊型造纸填料的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉选自造纸工业常用的淀粉种类，其中至少有一种选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、氧化淀粉、阳离子淀粉或羧甲基淀粉。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，淀粉悬浮液的质量百分浓度为1~5%，糊化温度为90~95℃，糊化时间为30~90min。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述造纸填料选自造纸工业常用的填料种类，其中至少有一种选自碳酸钙、滑石粉、高岭土或二氧化钛，造纸填料粒度为1000~1500目。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，淀粉与造纸填料的质量比为1:4~1:10。

6.根据权利要求1或4或5所述的方法，其特征在于，造纸填料悬浮液的质量百分浓度为20~40%；步骤2）和步骤3）的均质机为连续式高剪切均质机，均质机转速为10000~15000rpm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，喷雾干燥器为离心式喷雾干燥器。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，喷雾干燥流程如下：淀粉与造纸填料的混合悬浮液经过滤后用离心泵输送至喷雾干燥器的干燥塔内的雾化器进行喷雾干燥；通过喷雾干燥器干燥后，制备成淀粉包裹的胶囊型造纸填料成品在干燥塔底部出料；所述干燥所需热空气取自大气，经泡沫过滤器过滤后用离心通风机输送至电加热器加热，再送至干燥塔的空气分布器；喷雾干燥产生的废气经旋风分离器进行除尘分离回收混杂的胶囊型造纸填料产品后，由引风机排向大气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，喷雾干燥工艺如下：离心式喷雾干燥器的进风温度为120~250℃，离心式喷雾干燥器的出风温度为60~90℃，空气相对湿度为70~80%，离心式喷雾干燥器的离心喷雾盘转速为10000~15000rpm。

10.权利要求1~9任一所述制备方法的应用，其特征在于，所述制备方法应用于制浆造纸领域。