CN108300377A - 一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变性淀粉加工技术领域，具体地说是一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法。生产步骤包括：步骤1)木薯淀粉变性：取木薯淀粉加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ‑射线进行辐照处理；步骤2)机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂、聚烯烃树脂、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、三偏磷酸钠、过硫酸钾、硅藻土、仲烷基磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、聚六亚甲基胍、甘草酸二甲，调节研磨的功率和时间；步骤3):将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。本发明制备得到的变性淀粉粘合剂各项性能良好，能够有效提纸和纸板的综合性能。
Description
技术领域
本发明属于变性淀粉加工技术领域，具体地说是一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法。
背景技术
早期瓦楞纸的生产中采用的粘合剂为泡花碱，但是泡花碱碱性大，易吸潮，容易引起纸箱易吸潮，变软、脱落等易造成纸箱变质报废等，给企业等带来巨大经济损失。因此，国外从50年代就开始用淀粉粘合剂取代泡花碱，国内也于70年代末开始研究淀粉粘合剂，80年代逐渐推广应用于纸品生产。
淀粉粘合剂的生产方法有多种并各有其特点，淀粉粘合剂的生产方法有：热糊化法、碱糊化法、氧化法。
(1)热糊化法。热糊化法是传统的方法，加热的淀粉混合液至糊化温度即得，制备得到的粘合剂只能热用，初始粘度和粘结强度较低，在工业生产中已经不常用。
(2)碱糊化法。碱糊化法有冷制和热制两种。冷制是用烯氢氧化钠溶液在室温下使淀粉糊化成胶，此方法工艺简单，使用方便，但粘合剂含水量高干燥速度慢、流动性差、粘合力差。热制是在60-62℃左右用稀氢氧化钠溶液将淀粉混浊液糊化，再加入络合剂等调整成胶。制备得到的胶黏剂胶粘接强度较大,干燥快,但贮存期较短。
(3)氧化法。氧化法有冷制和热制两种。与热制相比冷制反应时间较长，受季节影响较大，制备得到的产品稳定性较差。总体来说氧化法制备得到的粘合剂粘性比较强，性能较稳定，但是易凝胶，贮存期短，干燥速度慢。
为了克服以上方法制备得到的淀粉粘合剂存在的缺点，研究人员对淀粉黏合剂氧化法生产的工艺进行了改进，主要为优化和严格控制工艺条件，如控制氧化的pH值、氧化温度、反应时间；在淀粉黏合剂中加入改性剂防止其凝聚；加入水溶性高聚物共混来提高粘合剂的初粘强度和粘接强度，提高干燥速度，增加稳定性等。
中国专利201710472908.6公开了一种瓦楞纸箱用高品质粘合剂的制备工艺，包括如下步骤：（1）原料称取：按对应重量份称取下列物质备用：50~55份玉米淀粉、60~65份水、4~7份氢氧化钠、0.1~0.2份硼酸、0.1~0.2份酒石酸、2~4份氧化剂、0.2~0.4份硝酸稀土盐、0.1~0.2份分散剂、0.4~0.6份凹凸棒土、0.03~0.05份明矾；（2）混合制备：a.将步骤（1）称取的玉米淀粉和水进行混合，期间将玉米淀粉缓慢的加入到水中，并不断的进行搅拌，混合期间加热保持水的温度为41~44℃，搅拌均匀后得混合液A备用；b.将步骤（1）称取的氢氧化钠与其质量3~3.5倍的清水混合均匀后制成氢氧化钠溶液，然后将氢氧化钠溶液缓慢加入到操作a所得的混合液A中，期间加热保持混合液A的温度为48~52℃，搅拌均匀后得混合液B备用；c.将步骤（1）称取的硼酸、酒石酸、氧化剂和硝酸稀土盐与其总质量4~5倍的清水共同混合，搅拌均匀后加入到操作b所得的混合液B中，加热保持混合液B的温度为63~66℃，并以400~500转/分的转速进行不断搅拌处理，同时还对其施加60Co-γ射线辐照处理，共同处理25~30min后得混合液C备用；d.将步骤（1）称取的分散剂、凹凸棒土和明矾共同加入到操作c所得的混合液C中，加热保持混合液C的温度为32~35℃，不断搅拌均匀后即得成品。该粘合剂具有干燥速度快、防水性能强等优点，但在还会存在吸潮、不耐保存等问题，不能满足更高要求的纸和纸板的生产，仍需要进一步改进。
发明内容
本发明提供一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，可以有效增强纸制品的韧性和强度，有效提高纸制品的干燥时间，制备得到的粘合剂渗透性强，不易吸潮，方便运输，耐保藏。
本发明的方案是通过这样实现的：一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，生产方法步骤包括：
(1)木薯淀粉变性：取木薯淀粉100~150份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为12~18KGY，辐照温度为30~50℃，辐照时间为30~60min；
(2)机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂20~40份、聚烯烃树脂60~80份、乙烯-醋酸乙烯共聚物60~80份、三偏磷酸钠15~20份、过硫酸钾18~20份、硅藻土20~30份、仲烷基磺酸钠5~6份、十六烷基三甲基氯化铵6~8份、聚六亚甲基胍8~10份、甘草酸二甲8~12份、调节研磨的功率为1.8~2.4KW，研磨时间为30~90min，即得到变性淀粉复合材料；
(3)将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
作为本发明的进一步改进，以上所述的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾中的一种或者一种以上的组合物。
作为本发明的进一步改进，生产得到的淀粉粘合剂用于纸和纸板的生产过程的层间喷淋。
本发明实现的技术原理是：首先利用氢氧化钠和60Coγ-射线对木薯淀粉进行变性处理，氢氧化钠可以破坏淀粉分子的氢键作用，减弱淀粉分子间作用，能够使淀粉更容易溶胀糊化，，增强淀粉分子与其他试剂的相互作用，从而使淀粉粘合剂有粘合性能。60Coγ-射线辐照会使淀粉大分子裂解，聚合度下降，粘度降低，糊化时使淀粉颗粒容易溶胀破裂，在氢氧化钠和60Coγ-射线辐协同作用下，能够有效促进淀粉分子的糊化，降低淀粉分子的粘度和初始糊化温度。采用机械化学法对变性淀粉进行复合，采用的机器为螺杆研磨机。螺杆研磨机与球磨机相比，螺杆研磨机对物料产生物料产生轴向分力、径向分力以及研磨腔内壁对物料产生的摩擦阻力，能够使物料与物料以及物料与机器内壁充分产生碰撞、挤压、剪切、摩擦，能够使物料充分接触反应，反应充分。螺杆研磨机直接将机械力通过挤压、剪切作用传递到原料粉体上，大大提高了机械能转换的效率，同时螺杆研磨机的机械力作用较长，粉体处于高能活化的时间大大被延长，有利于反应的进行。
在研磨过程中可以同时发生多种反应。氧化剂可以使变性淀粉中的羟甲基氧化成醛基、羧基，增大变性淀粉的亲和性，从而增强了变性淀粉渗透性和粘结能力以及使变性淀粉性质更稳定，有利于变性淀粉与物料进行反应。加入的三聚磷酸钠可以促进乙烯-醋酸乙烯共聚物与变性淀粉发生酯化反应，能够使粉粘合剂具有较高的抗老化性，有利于淀粉粘合剂的保存。乙烯-醋酸乙烯共聚物能够增强淀粉粘合剂与纸制品的粘结性，在纸层间形成良好成膜以此来提高提高纸层间的粘结强度，提高纸制品的抗冲击性、防水性能，提高纸制品的韧性还能够有效防止纸制品开裂、变型。过硫酸钾可以引发变性淀粉产生更多的自由基活性位点，有利于聚丙烯树脂与变性淀粉发生接枝反应，接枝后直链淀粉含量降低，可以降低淀粉糊化的温度，接枝后聚合物乳液颗粒粒径变小，使用时能够使淀粉粘合剂在纸层间更容易形成膜，增强淀粉粘合剂的强度，减少纸制品掉毛掉粉脱落的现象。乙烯-醋酸乙烯共聚物能够有效提高聚合物在成膜后的柔韧性和延展性，从而增强纸制品的的韧性和强度，使纸制品不易掉毛掉粉。加入的硅藻土可以进入淀粉复合材料的孔隙中，缩短可以使纸制品的强度达到最大值。仲烷基磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵可以快速促进淀粉粘合剂渗透进入纸制品中，提高粘合速度；此外十六烷基三甲基氯化铵可以提高纸制品的抗静电能力、抗菌防霉能力。聚六亚甲基胍具有杀菌广谱，使用量少，杀菌效果好，作用速度快的优点，与十六烷基三甲基氯化铵协同作用能够有效提高淀粉粘合剂的贮存稳定性。甘草酸二甲也具有抑菌作用，还能够除去纸制品产生的臭味物质，减少臭味物质给环境和人带来的不良影响。
本发明实现的技术效果：
1.本发明制备得到的淀粉粘合剂粘合强度高，易上胶，防水性能好、稳定性强、不易吸湿返潮，耐贮存；用在纸制品中能够提高纸制品的性能，使用后纸制品不易变形，不易返潮软化，能够有效缩短纸制品的干燥时间，提高生产效率。
2.在制备变性淀粉复合材料的过程中采用一次投料可以发生多种反应使变性淀粉的氧化、酯化和复配等反应一起发生，能够简化工艺步骤，采用螺杆研磨机能够使反应物料充分接触，反应达到充分，有效提高生产效率。
3.本发明制备得到的淀粉粘合剂密度为1203~1468kg/m3，黏度为84.2~86.6Pa.s，初粘力(10min内粘附率/%)为99.5~99.8%，贮存期为180~184d，淀粉粘合剂性能好，贮存期长。
4.将本发明实施例制备得到的淀粉粘合剂应用于瓦楞纸板的生产中，该淀粉粘结剂能够有效改善瓦楞纸板的性能，使用后纸板的性能优于同类产品；其中瓦楞纸板的粘合强度为104.5~112.3N/10cm，压缩强度为8546~8709N，耐破强度为1.5~1.8MPa，戳穿强度为2339~2506N/cm。
具体实施方式
以下结合实施例描述本发明一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
实施例1
木薯淀粉变性：取木薯淀粉140份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为16KGY，辐照温度为35℃，辐照时间为60min；
机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂40份、聚烯烃树脂75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物70份、三偏磷酸钠18份、过硫酸钾20份、硅藻土28份、仲烷基磺酸钠6份、十六烷基三甲基氯化铵6.5份、聚六亚甲基胍9.5份、甘草酸二甲10份、调节研磨的功率为2.0KW，研磨时间为45min，即得到变性淀粉复合材料；
将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
实施例2
木薯淀粉变性：取木薯淀粉110份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为15KGY，辐照温度为30℃，辐照时间为45min；
机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂20份、聚烯烃树脂80份、乙烯-醋酸乙烯共聚物65份、三偏磷酸钠15份、过硫酸钾19份、硅藻土30份、仲烷基磺酸钠5份、十六烷基三甲基氯化铵7份、聚六亚甲基胍8份、甘草酸二甲11份、调节研磨的功率为2.4KW，研磨时间为75min，即得到变性淀粉复合材料；
将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
实施例3
木薯淀粉变性：取木薯淀粉100份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为12KGY，辐照温度为45℃，辐照时间为52min；
机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂35份、聚烯烃树脂60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物75份、三偏磷酸钠20份、过硫酸钾18份、硅藻土25份、仲烷基磺酸钠5份、十六烷基三甲基氯化铵8份、聚六亚甲基胍9份、甘草酸二甲8份、调节研磨的功率为2.1KW，研磨时间为30min，即得到变性淀粉复合材料；
将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
实施例4
木薯淀粉变性：取木薯淀粉130份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为13KGY，辐照温度为50℃，辐照时间为30min；
机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂25份、聚烯烃树脂70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物80份、三偏磷酸钠17份、过硫酸钾18.5份、硅藻土20份、仲烷基磺酸钠5.5份、十六烷基三甲基氯化铵6份、聚六亚甲基胍10份、甘草酸二甲9份、调节研磨的功率为1.8KW，研磨时间为90min，即得到变性淀粉复合材料；
将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
实施例5
木薯淀粉变性：取木薯淀粉150份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为18KGY，辐照温度为40℃，辐照时间为37min；
机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂30份、聚烯烃树脂65份、乙烯-醋酸乙烯共聚物60份、三偏磷酸钠16份、过硫酸钾19.5份、硅藻土23份、仲烷基磺酸钠6份、十六烷基三甲基氯化铵7.5份、聚六亚甲基胍8.5份、甘草酸二甲12份、调节研磨的功率为2.2KW，研磨时间为60min，即得到变性淀粉复合材料；
将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
为了验证本发明制备得到的淀粉粘合剂的各项性能，将实施例制备得到的淀粉粘合剂进行性能试验，同时以市售的淀粉粘合剂为对照样品，淀粉粘合剂试验方法和性能结果如下表1所示。
表1 淀粉粘合剂性能
分别用本发明实施例制备得到的淀粉粘合剂和市售淀粉粘合剂进行瓦楞纸板的粘合实验,其结果见表2。
表2 瓦楞纸板性能
通过实验可知本发明制备得到的淀粉粘合剂各项性能优于市售的淀粉同类淀粉粘合剂，同时应用于瓦楞纸的生产中得到的瓦楞纸板无论在无论在压缩强度、耐破强度,还是纸箱戳穿强度上均优于市售淀粉粘合剂。
本发明上述实施例方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求中指出了本发明产品组成成分、成分比例、制备方法参数的范围，而上述的说明并未指出本发明参数的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应当认为是包括在权利要求书的范围内。
本发明是经过多位淀粉粘合剂加工人员长期工作经验积累，并通过创造性劳动创作而出，本发明制备得到的淀粉粘合剂各项性能优良，能够有效提高纸和纸板的各项性能，具有广阔的市场应用前景。
Claims (3)
1.一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，其特征在于，采用60Coγ-射线对木薯淀粉进行辐照后，再对辐照得到的变性淀粉进行机械化学法反应制备复合材料，复合材料再经过加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得到辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂；
所述的一种生产辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的方法，生产步骤包括：
步骤1)木薯淀粉变性：取木薯淀粉100~150份，加入5%NaOH充分润湿后采用60Coγ-射线进行辐照处理后即得到变性淀粉，设定辐照剂量为12~18KGY，辐照温度为30~50℃，辐照时间为30~60min；
步骤2)机械化学法制备变性淀粉复合材料：取经过辐照后的变性淀粉加入到螺杆研磨机，然后加入氧化剂20~40份、聚烯烃树脂60~80份、乙烯-醋酸乙烯共聚物60~80份、三偏磷酸钠15~20份、过硫酸钾18~20份、硅藻土20~30份、仲烷基磺酸钠5~6份、十六烷基三甲基氯化铵6~8份、聚六亚甲基胍8~10份、甘草酸二甲8~12份、调节研磨的功率为1.8~2.4KW，研磨时间为30~90min，即得到变性淀粉复合材料；
步骤3)将制备得到的变性淀粉复合材料加水洗涤，烘干，粉碎，过筛后即得产品。
2.根据权利要求1所述的一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，其特征在于，所述的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾中的一种或者一种以上的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种辐照化学复合变性的喷淋淀粉粘合剂的生产方法，其特征在于，制备得到的淀粉粘合剂用于纸和纸板的生产过程的层间喷淋。
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