CN105505255A - 一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂及其制备方法与应用。所述制备方法包括以下步骤：将玉米淀粉浆液进行高压均质处理，喷雾干燥然后粉碎成超微纳米级粉碎玉米淀粉；将超微纳米级粉碎玉米淀粉和水恒温搅拌，升温反应，加入FeSO4，再加入H2O2，调节pH值，反应后加入HCl溶液，搅拌，过滤，用水洗涤，烘干至恒重，得到所述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂。本发明得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂粘度低、流动性好、不易凝聚，同时还能显著的提高纸张强度。

Description

一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于造纸化学品制备技术领域，具体涉及一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂及其制备方法与应用。
背景技术
施胶剂作为一种有机高分子化合物，在包装、印刷、造纸等领域得到了日益广泛的利用。伴随着我国国民经济的快速发展，施胶剂在造纸行业中的节约能源，降低成本，提高效益等方面发挥着越来越重要的作用，但是同时传统施胶剂中的有害成分，如发挥性有机化合物、有毒的固化剂、增塑剂、稀释剂以及其他助剂及有害填料等，也给环境带来了一些新的污染问题和安全问题。目前世界各国对于绿色环保、节约资源、可持续发展日益重视，我国更加是将绿色经济作为今后发展的主要方向。因此淀粉类施胶剂作为环境友好型天然胶粘剂已经越来越受到广大学者的关注。
淀粉具有天然的大分子、活性的官能团以及能适应环保要求的突出特性，人们再次把目光转移到淀粉施胶剂上，这主要有三个原因：首先，淀粉本身具有作为施胶剂的潜力。淀粉及其衍生物具有良好的粘结性和成膜性，是优良的天然资源施胶剂；其次，淀粉是一类来源广泛、价格优廉、对环境友好的天然高分子材料，具有无毒、无异味、无污染的特点；再次，在强调可持续发展战略的今天，随着石油资源的日益减少，以石油为原料的化工产品必将被可再生的天然高分子物质所代替。
但是原淀粉在通常使用的浓度(5％-15％固含量)下粘度太高，如用水稀释至需要的可能工作时的粘度，则要加入大量的水，致使淀粉失去胶粘效应。并且原淀粉糊液在陈化时，容易发生退减作用，有流动性差、易凝聚等缺点。如何解决原淀粉上述的缺陷是淀粉用于造纸施胶剂一个亟待解决的难点。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法。
本发明的另一个目的在于提供上述制备方法制得的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂。
本发明的再一个目的在于提供上述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取质量浓度为5～15％玉米淀粉浆液进行高压均质处理，将高压均质处理后的淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉；
(2)将步骤(1)中得到的玉米淀粉粉碎，制成超微纳米级粉碎玉米淀粉；
(3)将30～50质量份步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和100～250体积份水，于50～65℃恒温搅拌，然后升温至反应温度50～65℃，加入1～2质量份FeSO4，再用移液管加入H2O2，用碱液调节pH值，反应40～60min后加入10～25体积份浓度为0.1～0.3mol/L的HCl溶液，搅拌10～30min，过滤，用水洗涤，烘干至恒重，得到所述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂。
步骤(1)所述的高压均质处理的压力为50～80MPa，高压均质处理的次数为2～6次。
步骤(2)所述的粉碎是以1800～2200r/min的速度粉碎40～60min。
步骤(3)所述的FeSO4，指的用分析纯的FeSO4粉末。
步骤(3)所述的H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为10％～30％。
步骤(3)所述的pH值调节为7～10；优选用NaOH溶液调节，所述的NaOH溶液浓度优选为1～4mol/L。
步骤(3)所述的烘干至恒重是指在80～105℃烘干至恒重。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂。
上述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂可应用于造纸领域。
所述应用是指将造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂加入到打浆后的漂白木浆中，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
所述的打浆是指利用打浆机对漂白木浆进行打浆，最后的打浆度为40～44°SR。
所述的漂白木浆与造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的质量比为1：(50～100)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明采用淀粉作为原材料，其在安全性、耐久性、环保可持续发展等方面具有很大的优点。本发明把原始玉米淀粉先经过均质和超微粉碎处理得到纳米级淀粉，提高淀粉颗粒间的分散性，然后再经H2O2氧化改性，得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂粘度低、流动性好、不易凝聚，同时这种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂还能显著的提高纸张强度
附图说明
图1为改性的原玉米淀粉的SEM图。
图2为实施例2制备的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明制备方法中各起始原料可从市场购得或按照现有技术方法制备获得。
实施例1
(1)取质量浓度为5％的玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为50MPa均质化处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以2200r/min的速度粉碎40min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(2)得到的纳米级淀粉基施胶剂到浆料中(纳米淀粉基施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：100)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
上述抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
实施例2
(1)取质量浓度为15％的玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为80MPa均质化处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以1800r/min的速度粉碎40min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)在三口烧瓶中加入30g由步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和100ml的水，置于50℃恒温水浴中；开动搅拌器，升至反应温度，加入1g的FeSO4，用移液管加入H2O2(H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为10％)，调节pH为7，反应40min后加入10ml质量分数为0.1mol/L的HCl溶液，搅拌10min，然后用玻璃砂芯漏斗过滤，用蒸馏水洗净，烘干至恒重，得到造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂备用；
(4)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(3)得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂到浆料中(造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：50)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
图1是未经均质粉碎和氧化处理的原玉米淀粉的扫描电镜，图2为实施例2制备的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的SEM图，
由图1和2可知：淀粉颗粒的原始形貌具有规整和完善的外形特征，晶体颗粒大小较为均匀，且排列规整。说明淀粉表面的结晶结构完整，晶体颗粒之间有轻微的粘连，部分融合，界面结合小，粒子间作用力小。
当经过均质氧化反应成为变性淀粉后，其外观形状发生腐蚀变化，部分的颗粒表面变得粗糙，有些较大的淀粉颗粒产生了洞穴，由电镜图可见，部分淀粉颗粒丧失了原始的形貌特征，产生了较多的碎片。
抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
实施例3
(1)取质量浓度为10％的玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为80MPa均质化处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以2000r/min的速度粉碎60min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)在三口烧瓶中加入40g由步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和150ml的水，置于55℃恒温水浴中；开动搅拌器，升至反应温度，加入2g的FeSO4，用移液管移加入H2O2(H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为15％)，调节pH为10，反应50min后加入15ml质量分数为0.2mol/L的HCl溶液，搅拌20min，然后用玻璃砂芯漏斗过滤，用蒸馏水洗净，烘干至恒重，得到造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂备用；
(4)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(3)得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂到浆料中(造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：80)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
上述抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
实施例4
(1)取质量浓度为12％玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为70MPa均质处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以2000r/min的速度粉碎60min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)在三口烧瓶中加入50g由步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和200ml的水，置于60℃恒温水浴中；开动搅拌器，升至反应温度，加入2g的FeSO4，用移液管加入H2O2(H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为20％)，调节pH为8，反应60min后加入20ml质量分数为0.2mol/L的HCl溶液，搅拌30min，然后用玻璃砂芯漏斗过滤，用蒸馏水洗净，烘干至恒重，得到造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂备用；
(4)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(3)得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂到浆料中(造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：90)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
上述抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
实施例5
(1)取质量浓度为12％的玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为80MPa均质处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以2100r/min的速度粉碎60min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)在三口烧瓶中加入50g由步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和250ml的水，置于65℃恒温水浴中；开动搅拌器，升至反应温度，加入1.5g的FeSO4，用移液管加入H2O2(H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为25％)，调节pH为9，反应60min后加入25ml质量分数为0.3mol/L的HCl溶液，搅拌30min，然后用玻璃砂芯漏斗过滤，用蒸馏水洗净，烘干至恒重，得到造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂备用；
(4)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(3)得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂到浆料中(造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：60)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
上述抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
实施例6
(1)取质量浓度为10％玉米淀粉浆液采用纳米超高压均质机进行压力为80MPa均质处理；将淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉样品；
(2)将得到的高压均质处理后的玉米淀粉样品放入超微粉碎机中，以2100r/min的速度粉碎60min，得超微纳米级粉碎玉米淀粉样品；
(3)在三口烧瓶中加入50g由步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和250ml的水，置于65℃恒温水浴中；开动搅拌器，升至反应温度，加入2g的FeSO4，用移液管加入H2O2(H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为30％)，调节pH为10，反应60min后加入25ml质量分数为0.3mol/L的HCl溶液，搅拌30min，然后用玻璃砂芯漏斗过滤，用蒸馏水洗净，烘干至恒重，得到造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂备用；
(4)对漂白木浆进行打浆，然后加入步骤(3)得到的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂到浆料中(造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂与漂白木浆的质量之比为1：70)，搅拌均匀，再通过纸页成型器抄造成纸。
上述抄造的纸抗张强度、撕裂强度、耐折度、施胶度如表1所示。
将上述实施例1-6中所制得的纸平衡水分24h，用抗张强度仪、撕裂度仪、耐折度仪、施胶度等测试仪器检测纸张各项指标，结果如表1所示。
表1纸张性能检测
从表1中可以看出，采用本发明的实施例H2O2的加入量越高，纸的各项物理强度指标越好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取质量浓度为5～15％玉米淀粉浆液进行高压均质处理，将高压均质处理后的淀粉浆液喷雾干燥后得玉米淀粉；
(2)将步骤(1)中得到的玉米淀粉粉碎，制成超微纳米级粉碎玉米淀粉；
(3)将30～50质量份步骤(2)中的得到的超微纳米级粉碎玉米淀粉和100～250体积份水，于50～65℃恒温搅拌，然后升温至反应温度，加入1～2质量份FeSO4，再用移液管加入H2O2，用碱液调节pH值，反应40～60min后加入10～25体积份浓度为0.1～0.3mol/L的HCl溶液，搅拌10～30min，过滤，用水洗涤，烘干至恒重，得到所述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂。
2.根据权利要求1所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的高压均质处理的压力为50～80MPa，高压均质处理的次数为2～6次。
3.根据权利要求1所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的粉碎是以1800～2200r/min的速度粉碎40～60min。
4.根据权利要求1所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的H2O2与超微纳米级粉碎玉米淀粉的质量之比为10％～30％。
5.根据权利要求1所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的pH值调节为7～10，用浓度为1～4mol/L的NaOH溶液调节。
6.根据权利要求1所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的烘干至恒重是指在80～105℃烘干至恒重。
7.一种造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂，其特征在于，其由权利要求1至6任一项所述造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的制备方法制得。
8.权利要求7所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂在造纸领域中的应用。
9.根据权利要求8所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂在造纸领域中的应用，其特征在于，所述应用是指将造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂加入到打浆后的漂白木浆中，搅拌均匀，再抄造成纸。
10.根据权利要求9所述的造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂在造纸领域中的应用，其特征在于，所述的打浆是指利用打浆机对漂白木浆进行打浆，最后的打浆度为40～44°SR；所述的漂白木浆与造纸用纳米级氧化淀粉施胶剂的质量比为1：(50～100)。
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