CN109679378A - 一种淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法，该制备方法包括步骤：(1)将淀粉时配制成淀粉乳，并在搅拌时加入碳酸钙；(2)搅拌均匀后开始升温，升温完成后加入一定量的交联剂，之后继续升温，保温反应一段时间后，得到混合液；(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后，即得淀粉包覆改性碳酸钙。本发明将淀粉作为改性剂对碳酸钙进行表面包覆改性，使得碳酸钙这种无机物能够具备一些有机物的性质，改善表面结构和特性，更有利于其与纸张纤维的结合与分布；提高了碳酸钙这种无机填料的留着率，同时也减少了碳酸钙添加后对纸张的耐破，抗张强度等性能的不利影响。

Description

一种淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳酸钙改性领域，尤其涉及一种淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法。
背景技术
纸是人们生活工作中用量很大，且不可或缺的一种材料，碳酸钙是造纸过程中一种不可或缺的添加剂；加填碳酸钙的纸张白度高，松厚度好，透气性好，易于吸收油墨，且耐磨性好，碱性抄纸时对pH具有缓冲作用；因此目前的用量越来越大；但是加填量增大以后，对于纸张的抗张性能和耐撕裂性又有不利的影响，且单纯碳酸钙的留着率低，造成原料的浪费和成本的增加；这就同时引发了后续的环境污染和治理的问题；添加量较小时所起的作用又不明显，因此这就出现了不可调和的矛盾，且需求量越大，问题越突出。
淀粉是一种易于获取，价格低廉的天然产物，且使用后易于降解和回收再利用，环境压力小；淀粉的很多改性产物和衍生物都可以用于造纸行业，对改善纸张的性能有很大的帮助；因此本发明采用淀粉作为改性剂对碳酸钙进行改性处理，在保证产品低成本的情况下，明显改善了碳酸钙的表面结构和性质，大幅度提升了它与纸张的结合力，提高了留着率；其次，包覆淀粉后的碳酸钙涂布于纸张表面的时候对纸张性能的不利影响也明显减小；当然由于包覆了淀粉，导致涂布后纸张的白度和透明度略有降低，但并不影响纸张的光学性能；可见本发明的优势明显，本技术和产品在造纸过程中必将得到广泛应用。
综上，现有造纸工艺普遍存在以下问题：1.碳酸钙加填量增大后对于纸张的抗张性能和耐撕裂性有不利的影响；2.碳酸钙加填量增大后碳酸钙的留着率低，造成原料的浪费和成本的增加；3.碳酸钙添加量较小时所起的作用不明显。
因此，针对现有造纸工艺碳酸钙加填量增大后对于纸张的抗张性能和耐撕裂性有不利的影响、碳酸钙加填量增大后碳酸钙的留着率低，造成原料的浪费和成本的增加以及碳酸钙添加量较小时所起的作用不明显等问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述缺陷，提供一种淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法，采用该方法可提高碳酸钙这种无机填料的留着率，同时也减少了碳酸钙添加后对纸张的耐破，抗张强度等性能的不利影响。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供了一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温完成后加入一定量的交联剂，之后继续升温，保温反应一段时间后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后，即得淀粉包覆改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
进一步地，所述碳酸钙为重质碳酸钙和轻质碳酸钙中的一种。
进一步地，所述淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、藕粉、土豆淀粉以及豆类淀粉中的一种或多种组合。
进一步地，所述交联剂选自环氧氯丙烷、硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、油酸、油酸钠、油酸钾等C16-C19的脂肪酸或脂肪酸盐中的一种。
进一步地，步骤(1)中所述淀粉乳的质量分数为3％-10％。
进一步地，步骤(2)中所述的保温反应的温度为40-90℃。
进一步地，步骤(2)中加热至40-70℃后加入一定量的交联剂，之后继续升温至60-90℃，保温反应1-3h，得到混合液。
进一步地，步骤(3)中所述硫酸铵溶液的质量分数为30％-50％。
本发明的第二个方面是提供一种如上述方法制备的淀粉包覆改性碳酸钙。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明将淀粉作为改性剂对碳酸钙进行表面包覆改性，使得碳酸钙这种无机物能够具备一些有机物的性质，改善表面结构和特性，更有利于其与纸张纤维的结合与分布；提高了碳酸钙这种无机填料的留着率，同时也减少了碳酸钙添加后对纸张的耐破，抗张强度等性能的不利影响；且淀粉原料易得，价格低廉，无污染。本发明实验过程简单，操作方便，而对碳酸钙的改性效果却较为明显，可以说是一种简洁但行之有效的改性方法。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将玉米淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入重质碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温至50℃后加入环氧氯丙烷，之后继续升温至80℃，保温反应2h后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入质量分数为30％的硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后即得此种改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
实施例2
本实施例提供了一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将玉米淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入重质碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温至60℃加入硬脂酸钠，之后继续升温至85℃，保温反应3h后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入质量分数为30％的硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后即得此种改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
实施例3
本实施例提供了一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将玉米淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入重质碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温至60℃后加入硬脂酸钠，之后继续升温至85℃，保温反应3h后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入质量分数为40％的硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后即得此种改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
实施例4
本实施例提供了一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将木薯淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入轻质碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温至60℃后加入油酸钠，之后继续升温至85℃，保温反应2h，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入质量分数为40％的硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后即得此种改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
实施例5
本实施例提供了一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，包括如下步骤：
(1)将藕粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入轻质碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温至65℃后加入一定量的油酸钾，之后继续升温至85℃，保温反应3h后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入质量分数为35％的硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后即得此种改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
本实施例提供了实施例1-5、对比例1以及对比例2的白度、25℃下pH值以及溶胀度的数据对比表，其中对比例1为未改性的重质碳酸钙，对比例2为未改性的轻质碳酸钙。
表1产品指标
样品编号 白度/％ pH 溶胀度/倍
实施例1 91.13 7.15 3
实施例2 89.05 6.95 5
实施例3 87.98 6.78 11
实施例4 90.25 6.93 6
实施例5 90.88 7.05 4
对比例(GCC) 92.05 8.56 /
对比例(PCC) 92.15 8.63 /
由表1可以看出，改性后的碳酸钙的pH值都下降了，这是由于碳酸钙倍包覆在内部，对水溶液的pH影响变小的缘故。同时可以明显看出，溶胀度增大，且淀粉所占比例越大，溶胀度越大，这是淀粉分子特性的体现，且钙粉的溶胀度越大，越有利于与纸张表面的结合和渗透，对提高留着率有很大作用。总体上看包覆后，白度略有降低，但并不影响正常使用。
本实施例提供了取各实施例和对比例产品的应用实施例，实施例和对比例产品进行如下应用实验：
按照定量为120g/m2称取定量纸浆，稀释到3％浓度后，搅拌下分别加入未改性碳酸钙和改性碳酸钙填料，0.02％-0.1％的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)作为助留剂，之后继续搅拌20min。之后抄纸，将得到的抄片放于100℃烘箱中烘干10min，之后在恒温恒湿环境下平衡水分24h备用，对抄片进行指标测试，观察并分析数据。
表2添加各种碳酸钙样品的手抄片纸样指标
由表2可得：使用本发明制备的改性碳酸钙在添加量为15％时，纸张的抗张指数和耐破指数均明显优于对比样品，白度和不透明度略有下降，但是并不明显，对光学性能的影响并不大。且本发明制备的钙粉对环境更加友好，在纸张表面的留着率也更高，结合力更好，这也有利于纸张性能的稳定，可见本发明相较于未改性产品具有明显的优势。
本发明针对现有造纸工艺碳酸钙加填量增大后对于纸张的抗张性能和耐撕裂性有不利的影响、碳酸钙加填量增大后碳酸钙的留着率低，造成原料的浪费和成本的增加以及碳酸钙添加量较小时所起的作用不明显等问题，本发明将淀粉作为改性剂对碳酸钙进行表面包覆改性，使得碳酸钙这种无机物能够具备一些有机物的性质，改善表面结构和特性，更有利于其与纸张纤维的结合与分布；提高了碳酸钙这种无机填料的留着率，同时也减少了碳酸钙添加后对纸张的耐破，抗张强度等性能的不利影响。且淀粉原料易得，价格低廉，无污染。本发明实验过程简单，操作方便，而对碳酸钙的改性效果却较为明显，可以说是一种简洁但行之有效的改性方法。
以上对本实用淀粉包覆改性碳酸钙及其制备方法的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将淀粉与水配制成淀粉乳，并在搅拌时加入碳酸钙；
(2)搅拌均匀后开始升温，升温完成后加入一定量的交联剂，之后继续升温，保温反应一段时间后，得到混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液倒入硫酸铵溶液中，待固体物质沉淀出来后，收集固体，烘干研磨后，即得淀粉包覆改性碳酸钙；
其中，按质量份数计算，各组成用量如下：
2.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述碳酸钙为重质碳酸钙和轻质碳酸钙中的一种。
3.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述淀粉选自木薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、藕粉、土豆淀粉以及豆类淀粉中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述交联剂选自环氧氯丙烷、硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、油酸、油酸钠、油酸钾等C16-C19的脂肪酸或脂肪酸盐中的一种。
5.根据权利要求4所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，所述交联剂选自环氧氯丙烷、硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、油酸、油酸钠、油酸钾中的一种。
6.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述淀粉乳的质量分数为3％-10％。
7.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的保温反应的温度为40-90℃。
8.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，步骤(2)中加热至40-70℃后加入一定量的交联剂，之后继续升温至60-90℃，保温反应1-3h，得到混合液。
9.根据权利要求1所述的淀粉包覆改性碳酸钙的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述硫酸铵溶液的质量分数为30％-50％。
10.一种如权利要求1-9任一项所述方法制备的淀粉包覆改性碳酸钙。
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