CN108708207A - 一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及其制备方法与应用，该方法包括如下步骤：（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行机械法预处理，再将预处理后的物料进行酶解处理、纳米化研磨、均质处理后得到微纳米纤维素。（2）表面施胶剂的制备：首先，加热搅拌条件下糊化阳离子淀粉，冷却至一定温度后加入微纳米纤维素，并在此温度下持续搅拌至均匀，得到微纳米纤维素/阳离子淀粉施胶剂。应用工艺：用辊式涂布机对纸张进行施胶，并将施胶后的纸张自然风干，干燥后的纸张进行压光处理，检测施胶剂对纸张表面性能的影响。本发明公开的微纳米纤维素/淀粉环境友好型表面施胶剂，可有效提高纸张的平滑度和阻隔性能。

Description

一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及 其制备方法与应用
技术领域
本发明属造纸助剂的领域，具体涉及一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及其制备方法。
背景技术
表面施胶，通常是指将成纸或者是纸板，用施胶机向纸面施加施胶液或者直接浸入施胶剂溶液中形成一层胶粒，待施胶剂干燥后使得成纸或者纸板具有一定的表面强度。纸或纸板经过表面施胶后，不但增强了纸张的表面强度，而且提高了纸张的印刷性能，增强了纸张的耐磨性及耐久性，可减少印刷过程中纸张的掉毛掉粉问题。传统的浆内施胶在纸张抄造过程中施胶剂流失较大，容易引起白水负荷增加、纸张强度下降等问题，目前，造纸工业逐渐从浆内施胶向表面施胶发展。
淀粉具有种类繁多、来源广泛、价格低廉等优点，故在天然表面施胶剂中最常见，其中玉米淀粉和木薯淀粉的使用最为广泛。但是天然未改性的淀粉由于其黏度大、流动性能差、成膜性差、施胶效果不理想等缺点不易直接应用，—般会对淀粉进行改性处理。改性淀粉呈现出良好的流动性、溶解性、成膜性、粘着力，在表面施胶过程中，可以有效改善纸张的性能。
微纳米纤维素是一种从植物纤维中分离制备的可再生绿色环保新型纳米材料，具有高强度、低密度、高比表面积、微纳米尺寸结构、可生物降解等特性，在造纸、化工、材料、食品、化妆品等领域展现出巨大的应用前景。本发明将微纳米纤维素替代部分改性淀粉，制备一种可改善纸张表面性能的新型表面施胶剂，为微纳米纤维素的工业化推广应用提供技术支持。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂及其制备方法与应用，是利用微纳米纤维素较小的尺寸、较大的比表面积提高纸张的阻隔性能和平滑度。先将糊化后的阳离子淀粉与微纳米纤维素结合形成纳米纤维素/淀粉表面施胶剂，再用该表面施胶剂对纸张进行施胶，达到提高纸张的平滑度和阻隔性能的目的。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆及酶解处理；酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理；研磨后的浆料进行高压均质处理，得到微纳米纤维素；
（2）表面施胶剂的制备：将已糊化的阳离子淀粉乳分散均匀，然后加入步骤（1）的微纳米纤维素，分散均匀即得到表面施胶剂。
优选的，步骤（1）中，所述的酶是能够使纤维结构松散的酶。
进一步优选的，步骤（1）中，所述的酶为纤维素复合酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶和木聚糖酶等中的一种以上。
优选的，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-40.0 MPa。
优选的，步骤（1）中，所述纳米化机械研磨处理时，研磨次数为30.0-50.0 次。
优选的，步骤（1）中，所述高压均质处理时内部流体压力为70.0-200.0 Mpa。
优选的，步骤（1）中，所述高压均质处理，均质10.0-30.0 次。
优选的，步骤（2）中，所述分散是在转速为500.0-1000.0 rps的分散机中分散15.0min。
优选的，步骤（2）中，所述分散的时间为10.0-20.0 min。
优选的，步骤（2）中，所述分散温度为45.0-65.0 ℃。
优选的，步骤（2）中，所述阳离子淀粉乳的浓度为5.0-10.0 wt%。
优选的，步骤（2）中，所述微纳米纤维素的添加量为施胶剂总绝干量的3.0-10.0wt%。
优选的，步骤（2）中，所得表面施胶剂的固含量为4.0-6.0 wt%。
由以上所述的制备方法制得的一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂。
以上所述的一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂在纸张中的应用，包括以下步骤：
将纸张平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，再将施胶后的纸张自然风干，最后进行压光处理并检测纸张的平滑度和透气度。
优选的，用辊式涂布机进行施胶，所选用的涂布辊是0 #涂布辊，施胶量为2.8-3.2g/m2。
优选的，所述压光处理压光机的压力为10.0-20.0 N/mm。
优选的，所述自然风干的时间为9.0-10.0 min。
优选的，所得施胶纸平滑度提高了4.8-5.8 倍，透气度降低了69.5-77.9 %。
优选的，该方法的具体步骤如下：
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆及酶解处理；并将酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为0-40.0 MPa，研磨次数30.0-50.0 次；之后进行高压均质处理，均质内部流体压力为70.0-200.0 Mpa，得到微纳米纤维素。
（2）表面施胶剂的制备：将已糊化的阳离子淀粉乳置于烧杯中并在转速为500.0-1000.0 rps的分散机中分散15.0 min，分散温度为45.0-65.0 ℃，最后将微纳米纤维素按照3.0-10.0 wt%的比例加入到阳离子淀粉乳液中。最后在该分散速度及温度下分散均匀即得到微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂。
（3）施胶过程：低定量文化纸平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将一定量的步骤1中制备的复合表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，将施胶后的纸张自然风干9.0-10.0min，之后进行压光处理，压光压力为10.0-20.0 N/mm，最后检测纸张的平滑度和透气性，可得，施胶纸平滑度提高了4.8-5.8 倍，透气度降低了69.5-77.9 %。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明制备微纳米纤维素的方法为酶处理和机械处理相结合的方法，属于绿色环保制备工艺；
（2）本发明在施胶剂制备过程中用微纳米纤维素小的尺寸及大的比表面积等性能，填补了纸张之间的空隙，改善了纸张的表面性能。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的具体说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明对所用木质纤维素原料的种类、来源并没有特殊的限制，下面以针叶木浆为例。
实施例1
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆处理，使纤维分散，处理后浆料的浓度为8wt%；对磨浆后的浆料进行酶解处理，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为5 wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为60.0 ℃下酶解12.0 h；并将酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为20.0 MPa，研磨次数为40.0 次；之后进行高压均质处理，均质内部流体压力为135.0Mpa，均质20.0 次得到微纳米纤维素。
（2）表面施胶剂的制备：将浓度为5.0 wt%的已糊化的阳离子淀粉乳置于烧杯中并在转速为750.0 rps的分散机中分散15.0 min，分散温度为65.0 ℃，最后将微纳米纤维素按照3.0 wt%的比例(基于施胶剂总绝干量)加入到阳离子淀粉中。最后在该分散速度及温度下分散均匀即得到微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂。
（3）施胶过程：将70.0 g/m2文化用纸平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将步骤（2）制备的微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，施胶量为3.0 g/m2，然后再将施胶后的纸张自然风干9.0 min，最后进行压光处理，压光压力为15 N/mm，并检测纸张的平滑度和透气度。与未施胶纸相比，当微纳米纤维素添加量为3.0 %时，施胶纸平滑度提高了5.8 倍，透气度降低了77.9 %。
实施例2
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆处理，使纤维分散，处理后浆料的浓度为8 wt %；对磨浆后的浆料进行酶解处理，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为5 wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为60.0 ℃下酶解12.0 h；并将酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为20.0 MPa，研磨次数为40.0 次；之后进行高压均质处理，均质内部流体压力为135.0 Mpa，均质20.0 次得到微纳米纤维素。
（2）表面施胶剂的制备：将浓度为5.0 wt%的已糊化的阳离子淀粉乳置于烧杯中并在转速为750.0 rps的分散机中分散15.0 min，分散温度为65.0 ℃，最后将微纳米纤维素按照5.0 wt%的比例(基于施胶剂总绝干量)加入到阳离子淀粉中。最后在该分散速度及温度下分散均匀即得到微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂。
（3）施胶过程：将70.0 g/m2文化用纸平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将步骤（2）制备的微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，施胶量为3.0 g/m2，然后再将施胶后的纸张自然风干9.0 min，最后进行压光处理，压光压力为15 N/mm，并检测纸张的平滑度和透气度。与未施胶纸相比，当微纳米纤维素添加量为5.0 %时，施胶纸平滑度提高了5.8 倍，透气度降低了73.3 %。
实施例3
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆处理，使纤维分散，处理后浆料的浓度为8 wt %；对磨浆后的浆料进行酶解处理，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为5 wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为60.0 ℃下酶解12.0 h；并将酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为20.0 MPa，研磨次数为40.0 次；之后进行高压均质处理，均质内部流体压力为135.0 Mpa，均质20.0 次得到微纳米纤维素。
（2）表面施胶剂的制备：将浓度为5.0 wt%的已糊化的阳离子淀粉乳置于烧杯中并在转速为750.0 rps的分散机中分散15.0 min，分散温度为65.0 ℃，最后将微纳米纤维素按照10.0 wt%的比例(基于施胶剂总绝干量)加入到阳离子淀粉中。最后在该分散速度及温度下分散均匀即得到微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂。
（3）施胶过程：将70.0 g/m2文化用纸平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将步骤（2）制备的微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，施胶量为3.0 g/m2，然后再将施胶后的纸张自然风干9.0 min，最后进行压光处理，压光压力为15 N/mm，并检测纸张的平滑度和透气度。与未施胶纸相比，与未施胶纸相比，当微纳米纤维素添加量为10.0%时，施胶纸平滑度提高了5.3 倍，透气度降低了76.4 %。
实施例4
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆处理，使纤维分散，处理后浆料的浓度为8 wt %；对磨浆后的浆料进行酶解处理，先把纤维素复合酶（酶活力为180 PFU/g）溶解于去离子水中，得酶解液；再用酶解液调节浆料浓度为5 wt%，酶用量为50g/kg（相对于绝干浆），在pH为5.5，温度为60.0 ℃下酶解12.0 h；并将酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理，压力为20.0 MPa，研磨次数为40.0 次；之后进行高压均质处理，均质内部流体压力为135.0 Mpa，均质20.0 次得到微纳米纤维素。
（2）表面施胶剂的制备：将浓度为5.0 wt%的已糊化的阳离子淀粉乳置于烧杯中并在转速为750.0 rps的分散机中分散15.0 min，分散温度为65.0 ℃，最后将微纳米纤维素按照15.0 wt%的比例(基于施胶剂总绝干量)加入到阳离子淀粉中。最后在该分散速度及温度下分散均匀即得到微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂。
（3）施胶过程：将70.0 g/m2文化用纸平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将步骤（2）制备的微纳米纤维素/淀粉表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，施胶量为3.0 g/m2，然后再将施胶后的纸张自然风干9.0 min，最后进行压光处理，压光压力为15 N/mm，并检测纸张的平滑度和透气度。与未施胶纸相比，与未施胶纸相比，当微纳米纤维素添加量为15.0%时，施胶纸平滑度提高了4.8 倍，透气度降低了69.5 %。
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所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、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)

1.一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）微纳米纤维素的制备：将漂白木浆进行磨浆及酶解处理；酶解后的浆料进行纳米化机械研磨处理；研磨后的浆料进行高压均质处理，得到微纳米纤维素；
（2）表面施胶剂的制备：将已糊化的阳离子淀粉乳分散均匀，然后加入步骤（1）的微纳米纤维素，分散均匀即得到表面施胶剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的酶为纤维素复合酶、内切纤维素酶、外切纤维素酶和木聚糖酶中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纳米化机械研磨处理时，压力为0-40.0 MPa，研磨次数为30.0-50.0 次；所述高压均质处理时内部流体压力为70.0-200.0 Mpa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述分散是在转速为500.0-1000.0 rps的分散机中分散，分散温度为45.0-65.0 ℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述阳离子淀粉乳的浓度为5.0-10.0 wt%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述微纳米纤维素的添加量为表面施胶剂总绝干量的3.0-10.0 wt%；所得表面施胶剂的固含量为4.0-6.0 wt%。
7.由权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂。
8.权利要求7所述的一种提高纸张平滑度和阻隔性能的环境友好型表面施胶剂在纸张中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将纸张平铺在涂布机上并一端固定，用涂布辊将表面施胶剂均匀的涂在纸张的表面，再将施胶后的纸张自然风干，最后进行压光处理并检测纸张的平滑度和透气度。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：用辊式涂布机进行施胶，所选用的涂布辊是0 #涂布辊，施胶量为2.8-3.2 g/m2。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述压光处理压光机的压力为10.0-20.0N/mm；所述自然风干的时间为9.0-10.0 min。
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