CN105131137B - 阳离子淀粉及其制备方法、由阳离子淀粉制备的造纸增强剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了阳离子淀粉及其制备方法、由阳离子淀粉制备的造纸增强剂及其制备方法，阳离子淀粉的制备方法包括如下步骤：将淀粉溶液、醚化剂和碱性催化剂混合经过第一次搅拌、第二次搅拌，即制得所述阳离子淀粉；采用本发明所提供的阳离子淀粉的制备方法，能高效利用醚化剂，减少其水解，使用的碱性催化剂用量较少，反应后的最终产品中游离碱的量较少，不需要对其中和；制备的阳离子淀粉可直接透过蒸煮器蒸煮后供应给纸机使用，减少因脱水干燥产生的废水污染，具有较为广泛的应用价值；本发明还提供造纸增强剂的制备方法，制得的造纸增强剂，有效的提高了纸张的物理性质，例如：纸张的内聚力、耐折度和抗张强度等，具有广泛的应用价值。

Description

阳离子淀粉及其制备方法、由阳离子淀粉制备的造纸增强剂 及其制备方法

技术领域

本发明涉及造纸生产技术领域，尤其涉及阳离子淀粉及其制备方法、由阳离子淀粉制备的造纸增强剂及其制备方法。

背景技术

阳离子淀粉为淀粉透过醚化剂接入阳离子基团，使得淀粉带正电荷后能和浆料中的纤维、填料等带负电荷的物质吸引结合后提高了纤维之间的结合力，从而改善了纸机湿部的滤水性和留着率，提高纸张的强度，并由此使纸机车速加快，提高纤维和填料的利用率，降低废水污染负荷。

目前阳离子淀粉制备方法分为湿法、干法和半干法。

湿法产品因具有白度高、反应均匀，取代度容易控制等优点而受到使用者的欢迎，但同时存在着醚化剂在反应物含水量高的情况下容易水解的情况，导致反应效率低，反应时间长等缺陷，有的还需要加入抗凝胶剂，并且产品需要脱水后干燥，对环境存在一定的污染。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了阳离子淀粉及其制备方法、由阳离子淀粉制备的造纸增强剂及其制备方法，克服了现有制备方法醚化剂易水解，反应效率低，反应时间长，反应会产生废水的问题，并且。

本发明采用的技术手段如下：

阳离子淀粉的制备方法，包括如下步骤：

将淀粉、醚化剂、碱性催化剂和水混合为混合物Ⅰ，经过第一次搅拌制得混合物Ⅱ第一次搅拌时间为30s～60s，第一次搅拌温度为25℃～35℃，第一次搅拌速度为800RPM～3000RPM。

所述醚化剂添加量为淀粉质量的3％～10％，碱性试剂添加量为淀粉质量的1.0％～3.5％，加入水后将溶液配成质量百分比为20％～40％，所述质量浓度为所述淀粉与所述混合物Ⅰ的质量百分比。

将混合物Ⅱ再经过第二次搅拌，搅拌时间为12h～36h，搅拌温度为30℃～50℃，搅拌速度为10～30RPM，即制得所述阳离子淀粉。

优选地，所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。

优选地，所述碱性催化剂为浓度为5w/w％～10w/w％氢氧化钠溶液。

优选地，所述第一次搅拌时间为35s～55s，第一次搅拌温度为常温27℃～32℃，第一次搅拌速度为900RPM～2500RPM。

本发明还提供一种由所述阳离子淀粉的制备方法制得的阳离子淀粉。

本发明还提供一种造纸增强剂的制备方法，将所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为5％～10％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为90℃～150℃，蒸煮时间为8s～20s，再加水稀释至质量百分比为2％～10％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度75℃～95℃即制得所述造纸增强剂。

本发明还提供一种由所述造纸增强剂的制备方法制得的造纸增强剂。

采用本发明所提供的一种高转化率阳离子淀粉的制备方法，改善了湿法制备的转化流程，利用原淀粉中带有的羟基与醚化剂在碱性及温度条件下反应制得，使不带电荷的原淀粉带上正电荷，该制备方式通过分批次搅拌、不同搅拌速度的合理控制，高效利用醚化剂，减少其水解，且制备过程中使用的碱性催化剂用量较少，反应后的最终产品中游离碱的量较少，不需要对其中和。不仅减少了反应试剂的使用量，而且有效的提高了反应效率，制备的阳离子淀粉具有高转化效率，高分子量，且可直接透过蒸煮器蒸煮后供应给纸机使用，减少因脱水干燥产生的废水污染，具有较为广泛的应用价值。

将所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉采用本发明提供的一种造纸增强剂的制备方法制得的造纸增强剂，有效的提高了纸张的物理性质，例如：纸张的内聚力、耐折度和抗张强度等，具有广泛的应用价值。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种高转化率阳离子淀粉的制备方法，包括以下步骤：

将1200kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入4752kg水，36kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和12kg 5％的氢氧化钠溶液混合为混合物Ⅰ，再进行第一次搅拌，第一次搅拌速度为800RPM，第一次搅拌时间为30s，第一次搅拌温度为25℃，制得混合物Ⅱ，一方面防止淀粉沉积，另一方面将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵快速打散，高效与淀粉、水、碱性催化剂混合，防止在淀粉改性反应开始前被水解。

在反应槽外表面套上保温套，保温套的夹层中通入恒温为30℃的水，再开启泵将混合物Ⅱ输送至反应槽，再开启搅拌器进行第二次搅拌，第二次搅拌温度控制在30℃，搅拌速度为10RPM，第二次搅拌时间为12h，即制得阳离子淀粉。

实施例2

将1000kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入2263kg水搅拌制得木薯淀粉溶液，再加入50kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和20kg 8％的氢氧化钠溶液混合为混合物Ⅰ，再进行第一次搅拌，第一次搅拌速度为1000RPM，第一次搅拌时间为45s，第一次搅拌温度为常温30℃，制得混合物Ⅱ，一方面防止淀粉沉底，另一方面将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵快速打散，高效与淀粉、水、碱性催化剂混合，防止在淀粉改性反应开始前被水解。

在反应槽外表面套上保温套，保温套的夹层中通入恒温为40℃的水，再开启泵将混合物Ⅱ输送至反应槽，再开启搅拌器进行第二次搅拌，第二次搅拌温度控制在40℃，搅拌速度为20RPM，第二次搅拌时间为24h，即制得阳离子淀粉。

实施例3

将1500kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入3180kg水搅拌制得木薯淀粉溶液，再加入120kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和45kg 10％的氢氧化钠溶液混合为混合物Ⅰ，再进行第一次搅拌，第一次搅拌速度为3000RPM，第一次搅拌时间60s，第一次搅拌温度为35℃，制得混合物Ⅱ，一方面防止淀粉沉底，另一方面将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵快速打散，高效与淀粉、水、碱性催化剂混合，防止在淀粉改性反应开始前被水解。

在反应槽外表面套上保温套，保温套的夹层中通入恒温为50℃的水，再开启泵将混合物输送至反应槽，再开启搅拌器进行第二次搅拌，第二次搅拌温度控制在50℃，搅拌速度为30RPM，第二次搅拌时间为36h，即制得阳离子淀粉。

实施例4

将1200kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入4752kg水，36kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和12kg 10％的氢氧化钠溶液混合为混合物Ⅰ，再进行第一次搅拌，第一次搅拌速度为3000RPM，第一次搅拌时间为30s，第一次搅拌温度为35℃，制得混合物Ⅱ，一方面防止淀粉沉积，另一方面将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵快速打散，高效与淀粉、水、碱性催化剂混合，防止在淀粉改性反应开始前被水解。

在反应槽外表面套上保温套，保温套的夹层中通入恒温为40℃的水，再开启泵将混合物输送至反应槽，再开启搅拌器进行第二次搅拌，第二次搅拌温度控制在40℃，搅拌速度为15RPM，第二次搅拌时间为12h，即制得阳离子淀粉。

实施例5

将实施例1所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为5％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为90℃，蒸煮时间为8s，再加水稀释至质量百分比为2％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度75℃即制得所述造纸增强剂。

实施例6

将实施例2的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为6％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为100℃，蒸煮时间为10s，再加水稀释至质量百分比为3％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度85℃即制得所述造纸增强剂。

实施例7

将实施例3所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为10％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为150℃，蒸煮时间为20s，再加水稀释至质量百分比为10％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度95℃即制得所述造纸增强剂。

实施例8

将实施例4所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为6％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为100℃，蒸煮时间为10s，再加水稀释至质量百分比为3％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度80℃即制得所述造纸增强剂。

为验证本发明的方法制得的阳离子淀粉带来的良好效果，将实施例1～实施例3与市售常见的阳离子淀粉分别进行对比分析，测定数据如下：

测定试验一：

将实施例1～实施例4制得的阳离子淀粉与市售常见的阳离子淀粉分别经实施例8的步骤，分别制得造纸增强剂，按浆料绝干量的0.6％的添加量和浆料混合均匀在纸机上测试，分别测定理化性质(内聚力、耐折度、抗张强度)和灰分保留率(参考2007年中国轻工业出版社出版的《制浆造纸分析与检验》中灰分分析与检验方法)。

试验数据如下：

表1

组别	头箱一次保留(％)	头箱灰分保留(％)
			市售阳离子淀粉	91.36	77.15

实施例1	91.55	78.83
			实施例2	93.26	85.20
实施例3	94.25	88.24
			实施例4	91.59	80.70

表2

测定试验二：

对比组设置：

对比组1：

将1200kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入4752kg水，36kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和12kg 5％的氢氧化钠溶液进行搅拌，搅拌速度为10RPM，搅拌时间为12h，搅拌温度为30℃，制得阳离子淀粉。

对比组2：

将1000kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入2263kg水搅拌制得木薯淀粉溶液，再加入50kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和20kg 8％的氢氧化钠溶液进行搅拌，搅拌速度为20RPM，搅拌时间为24h，搅拌温度为40℃，制得阳离子淀粉。

对比组3：

将1500kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入3180kg水搅拌制得木薯淀粉溶液，再加入120kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和45kg 10％的氢氧化钠溶液进行搅拌，搅拌速度为30RPM，搅拌时间为36h，搅拌温度为50℃，制得阳离子淀粉。

对比组4：

将1200kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入4752kg水，36kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和12kg 10％的氢氧化钠溶液进行搅拌，搅拌速度为15RPM，搅拌时间为12h，搅拌温度为40℃，制得阳离子淀粉。

对比组5：

将1200kg木薯淀粉干粉投入料仓中，在通过螺旋喂料器缓慢输送到混合槽，同时加入4752kg水，36kg的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵溶液和12kg 10％的氢氧化钠溶液进行搅拌，搅拌速度为60RPM，搅拌时间为12h，搅拌温度为40℃，制得阳离子淀粉。

将实施例1～实施例4制得的阳离子淀粉与对比组1～5制得的阳离子淀粉分别检测取代度、转化率和布拉本德粘度。

试验数据如下：

表3

综上所述，采用本发明所提供的一种高转化率阳离子淀粉的制备方法，主要改善了湿法制备的转化流程，利用原淀粉中带有的羟基与醚化剂在碱性及温度条件下反应制得，使不带电荷的原淀粉带上正电荷，该制备方式能高效利用醚化剂，减少其水解，且制备过程中使用的氢氧化钠用量较少，反应后的最终产品中游离碱的量较少，不需要对其中和。制备的阳离子淀粉具有高转化效率，高分子量，且可直接透过蒸煮器蒸煮后供应给纸机使用，减少因脱水干燥产生的废水污染，具有较为广泛的应用价值；将所述的一种阳离子淀粉的制备方法制得的所述阳离子淀粉采用本发明提供的一种造纸增强剂的制备方法制得的造纸增强剂，有效的提高了纸张的物理性质，例如：纸张的内聚力、耐折度和抗张强度等，具有广泛的应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.阳离子淀粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将淀粉、醚化剂、碱性催化剂和水混合为混合物Ⅰ，经过第一次搅拌制得混合物Ⅱ第一次搅拌时间为30s～60s，第一次搅拌温度为25℃～35℃，第一次搅拌速度为800RPM～3000RPM；

所述醚化剂添加量为淀粉质量的3％～10％，所述碱性催化剂为浓度为5w/w％～10w/w％氢氧化钠溶液，碱性催化剂添加量为淀粉质量的1.0％～3.5％，加入水后将溶液配成质量百分比为20％～40％，所述质量浓度为所述淀粉与所述混合物Ⅰ的质量百分比；

将混合物Ⅱ再经过第二次搅拌，搅拌时间为12h～36h，搅拌温度为30℃～50℃，搅拌速度为10～30RPM，即制得所述阳离子淀粉。

2.如权利要求1所述阳离子淀粉的制备方法，其特征在于，所述醚化剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。

3.如权利要求1所述阳离子淀粉的制备方法，其特征在于，所述第一次搅拌时间为35s～55s，第一次搅拌温度为常温27℃～32℃，第一次搅拌速度为900RPM～2500RPM。

4.一种阳离子淀粉，其特征在于，根据权利要求1～权利要求3任意一项所述的阳离子淀粉的制备方法制得的阳离子淀粉。

5.造纸增强剂的制备方法，其特征在于，将权利要求4所述的阳离子淀粉加入水稀释至质量百分比为5％～10％的混合液Ⅲ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅲ的质量百分比，再将所述混合液Ⅲ进行蒸煮处理，蒸煮温度为90℃～150℃，蒸煮时间为8s～20s，再加水稀释至质量百分比为2％～10％的混合液Ⅳ，所述质量百分比为所述阳离子淀粉与所述混合液Ⅳ的质量百分比，将所述混合物Ⅳ保温处理，保温温度75℃～95℃即制得所述造纸增强剂。

6.一种造纸增强剂，其特征在于，根据权利要求5所述的造纸增强剂的制备方法制得的造纸增强剂。