CN112012042B - 一种造纸施胶剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种造纸施胶剂使用该造纸施胶的牛卡纸、瓦楞纸及其制备方法。所述造纸施胶剂由淀粉胶液和浓度为10‑12％造纸施胶助剂水溶液混合得到；所述施胶助剂包括以下质量份的组分：5‑30质量份的硫酸亚铁、1‑4质量份的硫酸钾、1‑4质量份的硅石灰、0.5‑2质量份的氧化硼钠五水合物、0.25‑1质量份的过硫酸铵，0.25‑1质量份的乙烯苯。施胶剂渗入纸张纤维间隙并在表面形成不可逆转的疏水层覆膜，赋予纸张疏水性和抗流体渗透性，阻止水质液体的扩散和渗透，达到长久抗水、抗潮性能，同时还能提高纸张的强度。

Description

一种造纸施胶剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸领域，特别涉及一种造纸施胶剂及其制备方法。
背景技术
现在牛卡纸、高强瓦楞纸生产过程中，将淀粉胶液涂布到纸张表面叫做纸张的表面施胶，施胶后纸张的强度可以得到有效提高。
由于淀粉增强效果明显，供应充足，价格相对低廉，目前牛卡纸、瓦楞芯纸一般都采用淀粉作为施胶剂进行表面施胶。虽然用淀粉作为施胶剂能有效增强纸张强度，但只用淀粉进行表面施胶，牛卡纸、瓦楞纸的抗水性达不到使用要求。良好的牛卡、瓦楞纸吸水Cobb值需要达到35-60g/m2,而只添加表胶淀粉的纸张吸水COBB值却120g/m2以上，抗水性不达标，极易被水渗透，通常需要另外添加一定量的AKD抗水施胶剂以获得足够的纸张抗水性能。
发明内容
为此，提供一种能改善纸张抗水性，降低COBB值，同时能提高纸张强度的造纸施胶剂。
本发明提供了一种造纸施胶剂的制备方法，所述造纸施胶剂由淀粉糊化液和50-70℃造纸施胶助剂水溶液混合得到；所述施胶助剂包括以下质量份的组分：5-30质量份的硫酸亚铁、1-4质量份的硫酸钾、1-4质量份的硅石灰、0.5-2质量份的氧化硼钠五水合物、0.25-1质量份的过硫酸铵，0.25-1质量份的乙烯苯。
所述造纸施胶剂由淀粉胶液和浓度为10-12％造纸施胶助剂水溶液混合得到；所述施胶助剂包括以下质量份的组分：5-30质量份的硫酸亚铁、1-4质量份的硫酸钾、1-4质量份的硅石灰、0.5-2质量份的氧化硼钠五水合物、0.25-1质量份的过硫酸铵，0.25-1质量份的乙烯苯。
其中硫酸亚铁起疏水、填充作用；硫酸钾起防水防潮作用；硅灰石起增强、耐高温作用；氧化硼钠五水合物起交联、桥接作用；过硫酸铵起助聚、助氧化作用；乙烯苯起增粘、成膜作用。
纸张纤维与淀粉均属亲水性物质，若单纯通过淀粉胶涂布施胶的原纸，随纸张存放环境湿度变化，淀粉施胶层的可逆性不能完全隔绝空气中水份侵入纸张纤维，无法让纸张达到长时间疏水的功能，进而也会导致物理强度下降。本发明中氧化硼钠合物与淀粉上的羟基反应生产硼酸酯，形成不可逆的高聚合凝胶，具有较强的成膜性能与屏蔽性能。以淀粉胶液作为基础载体渗入纸张纤维间隙并在表面形成不可逆转的疏水层覆膜，赋予纸张疏水性和抗流体渗透性，阻止水质液体的扩散和渗透，达到长久抗水、抗潮性能。同时，施胶助剂水溶液与酶降解淀粉溶液充分融合，施胶助剂水溶液中含有的铁离子、硅灰石长纤维与乙烯苯、氧化硼钠形成的水凝胶球络合体结合，附着于淀粉胶分子链表面与间隙中形成强有力的骨架结构分子链，强度高于纯淀粉分子链。
进一步地，所述淀粉胶液的制备方法包括以下步骤：
酶解：将淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行12-18min的酶解；所述淀粉酶用量为0.05-0.15kg/t淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到的淀粉糊化液。
进一步地，所述淀粉糊化液的固含量为23-25％，粘度为180-450mpa.s。
进一步地，所述造纸施胶助剂水溶液的浓度为10-12wt％。
进一步地，所述淀粉与造纸施胶助剂的质量比为60-90:10-40。
进一步地，所述淀粉与造纸施胶助剂的质量比为70-80:20-30。
进一步地，所述淀粉为玉米淀粉。
本发明还提供了一种造纸施胶剂，所述造纸施胶剂由上述任一所述的制备方法制备。
进一步地，所述造纸施胶剂的固含量为8wt％-14wt％、粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0。
进一步地，所述造纸施胶剂运用于膜转移施胶机。
区别于现有技术，上述技术方案提供了一种造纸施胶剂及其制备方法，施胶剂渗入纸张纤维间隙并在表面形成不可逆转的疏水层覆膜，赋予纸张疏水性和抗流体渗透性，阻止水质液体的扩散和渗透，达到长久抗水、抗潮性能，同时还能提高纸张的强度。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。
淀粉糊化液制备：
酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行12-18min的酶解；所述淀粉酶用量为0.05-0.15kg/t玉米淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
10-12％造纸施胶助剂水溶液制备：
按照5-30质量份的硫酸亚铁、1-4质量份的硫酸钾、1-4质量份的硅石灰、0.5-2质量份的氧化硼钠五水合物、0.25-1质量份的过硫酸铵，0.25-1质量份的乙烯苯的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为10-12％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉胶液和浓度为10-12％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到固含量为8wt％-14wt％，粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0的造纸施胶液。所述淀粉与造纸施胶助剂的质量比为60-90:10-40。
实施例1-10
淀粉糊化液制备：
酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行15min的酶解；所述淀粉酶用量为0.1kg/t玉米淀粉；糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
12％造纸施胶助剂水溶液制备：
按照10质量份的硫酸亚铁、2质量份的硫酸钾、2质量份的硅石灰、1质量份的氧化硼钠五水合物、0.5质量份的过硫酸铵，0.5质量份的乙烯苯的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为12％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉糊化液和浓度为12％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到胶液粘度如下表1所示,固含量为12wt％，pH值4.0-6.0的造纸施胶液。玉米淀粉与造纸施胶助剂的质量比为如表1所示。
瓦楞纸(100g/m2)的制备：包括制浆、备浆、网部脱水成形、压榨部压榨、层间喷雾淀粉、前干燥部干燥、施胶机施胶、后干燥部干燥、压光机压光、卷取、复卷、打包入库；
其中，施胶机施胶步骤采用膜转移施胶机，将上述造纸施胶剂加入膜转移施胶机的胶槽，对纸张进行双面施胶；单面施胶量为1.0-3.0g/m2，双面施胶量为如表1所示；
后干燥部干燥步骤，纸张干燥后纸张水分控制为6-10％，最后得到100g/m2牛皮纸。
将实施例1-10制备的瓦楞纸进行环压测试，结果如表1所示。
表1实施例1-10瓦楞纸(100g/m2)工艺参数以及环压测试结果表
Figure BDA0002665372370000051
由表1可以发现，使用本发明施胶助剂后，环压强度快速上升，后又随之施胶剂比例的上升下降，当施胶助剂占比20％-30％时增强效果最为明显，实施例5施胶克重4.1g/m2，环压指数9.0N.m/g，同比上升25％；实施例8施胶克重3.4g/m2，施胶量下降20％，环压指数7.7N.m/g，仍比标准6.5N.m/g高15％。
当施胶助剂占比继续增加达到35％-40％时，纸张增强趋势趋于平缓。生产工艺优选助剂占比20％-30％，淀粉占比70-80％，此时增强效果好，施胶耗量低。
实施例11-17
淀粉糊化液制备：
酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行15min的酶解；所述淀粉酶用量为0.1kg/t玉米淀粉；糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
10％造纸施胶助剂水溶液制备：
按照20质量份的硫酸亚铁、3质量份的硫酸钾、3质量份的硅石灰、1质量份的氧化硼钠五水合物、0.5质量份的过硫酸铵，0.5质量份的乙烯苯的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为10％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉糊化液和浓度为10％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到胶液粘度如下表2所示,固含量为12wt％，pH值4.0-6.0的造纸施胶液。玉米淀粉与造纸施胶助剂的质量比为如表1所示。
牛皮纸(100g/m2)的制备：包括制浆、备浆、网部脱水成形、压榨部压榨、层间喷雾淀粉、前干燥部干燥、施胶机施胶、后干燥部干燥、压光机压光、卷取、复卷、打包入库；
其中，施胶机施胶步骤采用膜转移施胶机，将上述造纸施胶剂配合AKD助剂(添加量如表2所示)，加入膜转移施胶机的胶槽，对纸张进行双面施胶，造纸施胶剂双面施胶量为如表2所示；
后干燥部干燥步骤，纸张干燥后纸张水分控制为6-10％，最后得到100g/m2牛皮纸。
将实施例11-17制备的牛皮纸(100g/m2)进行吸水性测试，结果如表2所示。
表2：牛皮纸(100g/m2)的工艺参数及吸水性测试结果表
Figure BDA0002665372370000071
由表2可以看出，使用使用本发明施胶助剂进行纸张表面施胶后，纸张抗水性能明显改善，可以逐步减停AKD助剂。使用本发明施胶助剂占比20％-40％时，停止使用AKD助剂，纸张吸水cobb值可以保持30-32g/m2,相较空白例中，常规工艺使用12kg/tAKD时纸张吸水cobb值40g/m2，吸水Cobb值降幅25％，纸张抗水性明显改善。
综合表1和表2，本发明施胶助剂中淀粉占比70-80％、助剂占比20％-30％时，可以兼顾提升纸张强度，提升纸张抗水性，降低AKD用量、做到有效提升纸张质量、降低生产成本。
实施例18
淀粉糊化液制备：
酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行15min的酶解；所述淀粉酶用量为0.05kg/t玉米淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
11％造纸施胶助剂水溶液制备：
按5质量份的硫酸亚铁、1质量份的硫酸钾、1质量份的硅石灰、0.5质量份的氧化硼钠五水合物、0.25质量份的过硫酸铵，0.25质量份的乙烯苯的配方的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为11％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉糊化液和浓度为11％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到固含量为8wt％粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0的造纸施胶液。玉米淀粉与造纸施胶助剂的质量比为80:20。
瓦楞纸(100g/m2)的制备：包括制浆、备浆、网部脱水成形、压榨部压榨、层间喷雾淀粉、前干燥部干燥、施胶机施胶、后干燥部干燥、压光机压光、卷取、复卷、打包入库；
其中，施胶机施胶步骤采用膜转移施胶机，将上述造纸施胶剂加入膜转移施胶机的胶槽，对纸张进行双面施胶，造纸施胶剂单面施胶量为1.5g/m2，双面施胶量为3.0g/m2；
后干燥部干燥步骤，纸张干燥后纸张水分控制为6-10％，最后得到100g/m2瓦楞纸。
实施例19
淀粉糊化液制备酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行15min的酶解；所述淀粉酶用量为0.15kg/t玉米淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
10％造纸施胶助剂水溶液制备：
按照30质量份的硫酸亚铁、4质量份的硫酸钾、4质量份的硅石灰、2质量份的氧化硼钠五水合物、1质量份的过硫酸铵，1质量份的乙烯苯的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为10％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉糊化液和浓度为10％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到固含量为14wt％，粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0的造纸施胶液。玉米淀粉与造纸施胶助剂的质量比为70:30。
瓦楞纸(100g/m2)的制备：包括制浆、备浆、网部脱水成形、压榨部压榨、层间喷雾淀粉、前干燥部干燥、施胶机施胶、后干燥部干燥、压光机压光、卷取、复卷、打包入库；
其中，施胶机施胶步骤采用膜转移施胶机，将上述造纸施胶剂加入膜转移施胶机的胶槽，对纸张进行双面施胶，造纸施胶剂单面施胶量为3.0g/m2，双面施胶量为6.0g/m2；
后干燥部干燥步骤，纸张干燥后纸张水分控制为6-10％，最后得到100g/m2瓦楞纸。
实施例20
淀粉糊化液制备：
酶解：将玉米淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行12-18min的酶解；所述淀粉酶用量为0.1kg/t玉米淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到固含量为23-25％的淀粉糊化液；所述淀粉糊化液的粘度为180-450mpa.s。
11％造纸施胶助剂水溶液制备：
按照20质量份的硫酸亚铁、3质量份的硫酸钾、2质量份的硅石灰、1质量份的氧化硼钠五水合物、0.6质量份的过硫酸铵，0.65质量份的乙烯苯的配方进行称量混合均匀后得到造纸施胶助剂，用50-70℃温水对造纸施胶助剂充分溶解制得浓度为11％造纸施胶助剂水溶液。
造纸施胶液的制备：
将淀粉糊化液和浓度为11％造纸施胶助剂水溶液均匀混合，得到固含量为10wt％、粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0的造纸施胶液。所述淀粉与造纸施胶助剂的质量比为70:30。
牛卡纸(100g/m2)的制备：包括制浆、备浆、网部脱水成形、压榨部压榨、层间喷雾淀粉、前干燥部干燥、施胶机施胶、后干燥部干燥、压光机压光、卷取、复卷、打包入库；
其中，施胶机施胶步骤采用膜转移施胶机，将上述造纸施胶剂加入膜转移施胶机的胶槽，对纸张进行双面施胶，造纸施胶剂单面施胶量为2.0g/m2，双面施胶量为4.0g/m2；
后干燥部干燥步骤，纸张干燥后纸张水分控制为6-10％，最后得到100g/m2牛卡纸。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种造纸施胶剂的制备方法，其特征在于，所述造纸施胶剂由淀粉糊化液和50-70℃造纸施胶助剂水溶液混合得到；所述施胶助剂包括以下质量份的组分：5-30质量份的硫酸亚铁、1-4质量份的硫酸钾、1-4质量份的硅石灰、0.5-2质量份的氧化硼钠五水合物、0.25-1质量份的过硫酸铵，0.25-1质量份的乙烯苯；
所述淀粉糊化液的固含量为23-25％，粘度为180-450mpa.s；
所述造纸施胶助剂水溶液的浓度为10-12wt％；
所述淀粉与造纸施胶助剂的质量比为70-80:20-30；
所述淀粉为玉米淀粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉糊化液的制备方法包括以下步骤：
酶解：将淀粉溶解于水中，制备饱和淀粉溶液；向饱和淀粉溶液中加入淀粉酶，在78-82℃进行12-18min的酶解；所述淀粉酶用量为0.05-0.15kg/t淀粉；
糊化：将酶解后的淀粉溶液在128-132℃进行糊化后得到的淀粉糊化液。
3.一种造纸施胶剂，其特征在于，所述造纸施胶剂由权利要求1或2所述的制备方法制备。
4.根据权利要求3所述的造纸施胶剂，其特征在于，所述造纸施胶剂的固含量为8wt％-14wt％、粘度为15-30mpa.s,pH值4.0-6.0。
5.根据权利要求3所述的造纸施胶剂，其特征在于，所述造纸施胶剂运用于膜转移施胶机。
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