CN115717341B - 一种造纸用生物胶乳的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种造纸用生物胶乳的制作方法。以下步骤：第一步，将淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内进行搅拌蒸煮形成浆料，第二步，淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内经过酶解反应后，将浆料送入糊化器内，进行淀粉酶灭活处理；第三步，经过淀粉酶灭活处理后，在浆料中加入生物中间体，该生物中间体的添加量为淀粉质量的10‑20％；第四步，将第三步得到的浆料送入生物胶乳缓冲槽内进行保温处理；第五步，经过保温处理后的浆料即为造纸用生物胶乳成品。本发明制备的生物胶乳用于纸张涂布的涂料中，令涂料液成膜性、流动性好、粘结强度高，且可以部分取代石油类胶乳，能强化涂层结构，提高纸或纸板的平滑度、表面强度、油墨吸收性等性能指标，还可降低生产成本。
Description
技术领域：
本发明涉及造纸用胶乳技术领域，特指一种造纸用生物胶乳的制作方法。
背景技术：
造纸过程中，为了提高纸张的品质，通常需要在纸张表面进行涂料涂布作业。传统涂料中使用的胶黏剂一般采用涂布淀粉、胶乳为主，并加入一定量的改良剂。从而令涂料可以附着在纸张表面，提升纸张的平滑度、表面强度、油墨吸收性等指标。目前造纸用涂料中的胶乳多采用丁苯胶乳(SB胶乳)等石油类胶乳，随着原油价格的上涨，石油类胶乳的价格也快速上涨，对处于经济不景气和涂布纸张竞争理解的环境中，对于生厂商而言，成本压力倍增。
另一方面，为了降低对石油类胶乳的依赖，目前市场中开发出生物胶乳，以取代或部分取代丁苯胶乳。见申请号为201810996441.X的中国发明专利申请，其提出了一种造纸用生物胶乳及其制备方法。其采用的技术方案为：以糯米淀粉为原料，利用淀粉表面的轻基易与有机硅烷反应的特点，减少表面羟基数量，疏水性增强，用于纸张表面后抗水性能得到提高；经疏水改性后的淀粉，加入环保型柠檬酸三乙酯、丙三醇混合进行增塑改性，使得基料的涂布性能得到提高，同时能替代一部分石油基胶乳的添加，节约资源，达到环保的目的；以正硅酸乙酯为原料，提高了胶乳的增韧改善性能，使得干燥后不易变脆，提高了涂层的力学性能；加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮和氨水对生物胶乳形成保存活性剂，提高了胶乳的性能，防止胶乳失效，具有抗老化的作用。
本申请人作为规模较大的造纸企业，为了降低生产成本，提高纸张的质量，经过不断研发，提出以下技术方案。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就在于提供一种造纸用生物胶乳的制作方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种造纸用生物胶乳的制作方法，该方法包括以下步骤第一步，将淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内进行搅拌蒸煮形成浆料，其中淀粉酶的加入量为淀粉质量的500-600ppm；第二步，淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内经过酶解反应后，将浆料送入糊化器内，进行淀粉酶灭活处理；第三步，经过淀粉酶灭活处理后，在浆料中加入生物中间体，该生物中间体的添加量为淀粉质量的10-20％；第四步，将第三步得到的浆料送入生物胶乳缓冲槽内进行保温处理；第五步，经过保温处理后的浆料即为造纸用生物胶乳成品；生物胶乳成品的固含量为38-40％,粘度为：200-400mPa.S,pH数值为5.0-8.0。
进一步而言，上述技术方案中，所述的淀粉酶为：α-淀粉酶。
进一步而言，上述技术方案中，所述的生物中间体为聚丙烯酰胺改性絮凝接枝物。
进一步而言，上述技术方案中，所述的生物中间体采用40-60％的水相分散体。
进一步而言，上述技术方案中，所述第一步中加入的淀粉采用木薯淀粉，淀粉加入后，浆料的固含量为39％。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第二步中糊化器的温度为139℃。
进一步而言，上述技术方案中，所述的第四步保温的温度为60-80℃。
进一步而言，上述技术方案中，所述第五步中得到的生物胶乳成品在60-80℃温度下保存。
进一步而言，上述技术方案中，所述的生物胶乳成品用于造纸过程中涂布纸张的涂料中，即对纸张正面涂布的涂料中，用所述的生物胶乳成品部分替代涂料中的石油类胶乳。
进一步而言，上述技术方案中，所述生物胶乳成品在对纸张正面涂布的涂料中重量占比为：2-3％。
采用上述技术方案制备的生物胶乳，其用于造纸用的涂料中时，具有以下优点：
1、液成膜性、流动性好、粘结强度高；
2、与涂料中的各成分相容性好，能给予涂料一定的胶体保护作用；
3、糊液稳定性好，用其制备的涂料液性能稳定，对剪切力的影响具有较高的稳定性；
4、涂料很好的流动性和适宜的粘度；
5、部分取代石油类胶乳，能强化涂层结构，提高纸或纸板的平滑度、表面强度、油墨吸收性等性能指标，还可降低生产成本。
6、生物胶乳源于淀粉原料，不受石油价格的制约，在经济不景气和涂布纸竞争激烈的时候，成本优势更明显。
7、涂料进加部分生物胶乳能提高涂料的保水性能，减少成纸爆粉的问题，提高产品竞争力。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
本发明涉及一种造纸用生物胶乳的制作方法，该方法中所使用的原料包括：淀粉、淀粉酶、生物中间体。
本发明中的淀粉采用木薯原淀粉。
本发明中的淀粉酶采用高温酶，淀粉酶采用α-淀粉酶，其作用于淀粉时从淀粉分子的内部随机切开α-1，4糖苷键，生成的糊精和还原糖，由于产物的末端残基碳原子构型为A结构，也称为α-淀粉酶。
本发明中的生物中间体为生物胶乳制备过程中的聚合改良剂。本发明中采用的是主要成分为聚丙烯酰胺改性絮凝接枝物的改性高分子聚合物。其可以有效的改善生物胶乳的成膜性、粘结性能，提高生物胶乳的内交联性能，在涂布过程中提高成纸强度。
本发明的制备过程包括以下步骤
第一步，将淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内进行搅拌蒸煮形成浆料，其中淀粉酶的加入量为淀粉质量的500-600ppm。
具体制备过程中，先在淀粉蒸煮槽内加水并开启搅拌器，然后依次加入淀粉酶和淀粉，形成浆料，此时浆料中的固含量控制在39％。接着开始升温进行蒸煮，温度控制在82-85℃。蒸煮的同时不停进行搅拌。
第二步，淀粉酶与淀粉形成的浆料在蒸煮槽内进行蒸煮，此时淀粉酶开始酶解反应，生成的糊精和还原糖。经过酶解反应后，将浆料送入糊化器内，进行淀粉酶灭活处理。糊化器内的温度升高至139℃。
第三步，经过淀粉酶灭活处理后，在浆料中加入生物中间体，为了便于快速融合，所述的生物中间体采用40-60％的水相分散体。该生物中间体的添加量为淀粉质量的10-20％。
第四步，将第三步得到的浆料送入生物胶乳缓冲槽内进行保温处理，保温的温度为60-80℃。
第五步，经过保温处理后四小时以后的浆料即为造纸用生物胶乳成品。为了保证生物胶乳成品的质量，生物胶乳成品在60-80℃温度下保存。最终得到的生物胶乳成品的固含量为38-40％,粘度为：200-400mPa.S,pH数值为5.0-8.0。
本发明中淀粉的粘度和中间体的添加量是关键因素，由于原淀粉的粘度取决于淀粉酶的加入比例，最后决定了淀粉胶液的分子链长度。分子链过长会导致成膜性较差，分子链过短会导致粘结强度不够，需要消耗较多的中间体，导致成本增加。生物中间体的加入量也是同样道理，其和淀粉分子链聚合反应得到生物胶乳。如果生物中间体加入量过大，聚合程度过高会导致絮聚流动性差；如果加入量过小，聚合程度较低会导致粘结强度不够，最后都影响生物胶乳的使用情况。经过不断测试，生物中间体的添加量为加入淀粉质量的10-20％，其中较佳的实施例为20％。
将制备的生物胶乳用于纸张的正面涂布过程中时，生物胶乳的加入时机为涂料添加为石油类胶乳(例如SB胶乳)之后添加，配方其他组分的添加顺序不变。具体见下面具体实施例。
本实施例是将上述制备的生物胶乳成品用于造纸过程中涂布纸张的涂料中，即对纸张正面涂布的涂料中，用所述的生物胶乳成品部分替代涂料中的石油类胶乳。涂料对纸张的涂布过程包括正面预涂和正面中涂，最终形成两层涂布层。
正面预涂
正面预涂的组分及比例(重量百分比)以及添加顺序为：
研磨碳酸钙、颜料0-0.024％、分散剂0.1％、煅烧土、杀菌剂0.02-0.04％、消泡剂0.01-0.03％、流变改良剂0.5-0.6％、丁苯胶乳8％、生物胶乳3％、烧碱0-0.09％、抗水剂0.15-0.25％、润滑剂0.1-0.15％。其中研磨碳酸钙与煅烧土添加比例为余量，且研磨碳酸钙与煅烧土之间的重量比例为9:1。
上述组分依次加入，同时加水混合。待加完碳酸钙后，搅拌器以1500转速启动搅拌。待加丁苯胶乳前降低转速为1000转，涂料后停止搅拌；每种原料添加后都各要搅拌3-5min。
正面中涂
正面中涂的组分及比例(重量百分比)以及添加顺序为：
研磨碳酸钙、颜料0-0.024％、分散剂0.1％、瓷土10％、杀菌剂0.02-0.04％、消泡剂0.01-0.03％、流变改良剂0.2-0.3％，丁苯胶乳10％、生物胶乳2％，烧碱0-0.09％、湿强剂0.15-0.25％、润滑剂0.15％，其中研磨碳酸钙与瓷土添加比例为余量，且研磨碳酸钙与瓷土之间的重量比例为9:1。
同样的，上述组分依次加入，同时加水混合。待加完碳酸钙后，搅拌器以1500转速启动搅拌。待加丁苯胶乳前降低转速为1000转，涂料后停止搅拌；每种原料添加后都各要搅拌3-5min。
上述涂料中主要的组分要求：
研磨碳酸钙：采用型号为SD65，粒径在65％左右，固含75％、粘度低于200cps；采用湿磨机研磨技术，使其1um-2um含量在含量达50％；
丁苯胶乳：玻璃化温度为2～5℃、固含量50％的丁苯胶乳；
流变性改良剂：采用造纸业常用的流变性改良剂，如羧甲基纤维素钠、250羟乙基纤维素(HEC)等；
润滑剂采用造纸业常用的润滑剂，如硬脂醉钙水分散液、聚乙二醇；
湿强剂采用造纸业常用的湿强剂，如PAE湿强剂；
消泡剂采用造纸业常用的消泡剂，如甘油聚氧丙烯聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂。
正面预涂工艺要求为粘度600-800cps、固含68-69％、pH 8-9；
正面中涂工艺要求为粘度400-600cps，固含68-69％、pH 8-9。
pH数值可通过pH调整剂进行调整，例如盐酸等无机酸或乙酸等有机酸。
不论是正面预涂还是正面中涂，所述生物胶乳成品取代部分丁苯胶乳的用量，最终生物胶乳在对纸张正面涂布的涂料中重量占比为：2-3％。
采用上述实施例对纸张进行涂布后，其优点如下：
1、预涂和中涂配方使用生物胶乳替代部分胶乳，强化涂层结构。
2、提高了运行率，上料盘没有出现结料，涂布段没有出现断纸的问题。
3、改善涂料保水性能提高20％，成纸爆粉量明显减少40％。
4、同时成本降低5元/吨纸，以申请人目前的生产量计算，每月可节省27万元。
5、申请人的爆粉投诉由之前每月1-2起，降低为0，大大提高了灰底白的产品质量和市场竞争力。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (7)
1.一种造纸用生物胶乳的制作方法，该方法包括以下步骤
第一步，将淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内进行搅拌蒸煮形成浆料， 其中淀粉酶的加入量为淀粉质量的500-600ppm；
第二步，淀粉酶与淀粉在蒸煮槽内经过酶解反应后，将浆料送入糊化器内，进行淀粉酶灭活处理；
第三步，经过淀粉酶灭活处理后，在浆料中加入生物中间体，该生物中间体的添加量为淀粉质量的10-20%；
第四步，将第三步得到的浆料送入生物胶乳缓冲槽内进行保温处理；
第五步，经过保温处理后的浆料即为造纸用生物胶乳成品；
生物胶乳成品的固含量为38-40%,粘度为：200-400mPa.S,pH数值为5.0-8.0；
所述的淀粉酶为：α-淀粉酶；
所述的生物中间体为聚丙烯酰胺改性絮凝接枝物，且所述的生物中间体采用40-60%的水相分散体。
2.根据权利要求1所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：所述第一步中加入的淀粉采用木薯淀粉，淀粉加入后，浆料的固含量为39%。
3.根据权利要求1所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：
所述的第二步中糊化器的温度为139℃。
4.根据权利要求1所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：
所述的第四步保温的温度为60-80℃。
5.根据权利要求1所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：
所述第五步中得到的生物胶乳成品在60-80℃温度下保存。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：所述的生物胶乳成品用于造纸过程中涂布纸张的涂料中，即对纸张正面涂布的涂料中，用所述的生物胶乳成品部分替代涂料中的石油类胶乳。
7.根据权利要求6所述的一种造纸用生物胶乳的制作方法，其特征在于：
所述生物胶乳成品在对纸张正面涂布的涂料中重量占比为：2-3%。
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