CN116180488A - 一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1：淀粉的韧化处理；步骤2：以步骤1获得的韧化处理淀粉制备表面施胶淀粉；步骤3：取步骤2制备的表面施胶淀粉对瓦楞原纸进行表面施胶。本发明方法基于简便易操作的韧化处理对原淀粉进行物理改性，通过α–淀粉酶的协同作用，采用连续蒸煮工艺获得高增强性能的表面施胶淀粉浆液，其制备方法可操作性强，制备过程不存在对环境有害的成分，绿色环保，符合国家低碳减排战略部署，此外其制备过程工艺简单，反应条件温和可控，适于大规模制造，在造纸工业领域拥有着广阔的应用前景。本发明方法是一种安全性高、环境友好、成本低、碳排放低的方法。
Description
技术领域
本发明属于制浆造纸技术领域，尤其是一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法和应用。
背景技术
由于废纸的全面禁止进口，目前我国瓦楞纸板的纤维原料中国废的使用比例接近100％，相比于美废，国废原料存在纤维质量差、抄造成纸强度低等缺点。为了弥补纸板强度的损失，目前国内各大纸厂多选择增加表面施胶淀粉的用量来提高其强度。纸厂一般使用价格更为低廉、操作可控性高的连续式酶解淀粉施胶，酶解淀粉的用量从之前使用美废的10～30kg/t，增加至40～50kg/t。随着COVID19在全球范围内的爆发与蔓延，网上购物已成为我国人民生活中十分重要的一部分，网购促使包装用瓦楞纸板的需求量进一步攀升，然而其销售价格受整个经济环境的影响却呈下降趋势，如2022年中国造纸年报数据显示瓦楞纸板的价格从2020年12月4029.9元/吨持续降低到2022年6月的3650元/吨，然而淀粉价格总体呈上涨趋势，如2020年12月3134元/吨涨到2022年6月3418元/吨；另外瓦楞纸板相较于其它纸产品的价格整体偏低，可见瓦楞纸的实际生产中面临生产成本上升，产品的经济利润降低，那么造纸企业亟需在保障瓦楞纸板性能和表面施胶淀粉用量之间寻找平衡，其有效的解决方案之一是优化并提高酶解淀粉的施胶性能，保证其在较低的施胶量下具有优异的增强效能。
表面施胶淀粉的制备目前主要有三种方法：原淀粉自制施胶淀粉施胶、改性淀粉配合表面施胶剂施胶、改性淀粉自制施胶淀粉，施胶目前应用最多的是原淀粉自制施胶淀粉施胶，其主要有以下三点优势：1.成本低，相比于市售成品施胶淀粉，每吨自制施胶淀粉价格便宜1000元左右；2.表胶淀粉质量易控制，制备工艺简单；3.可根据纸机的实际情况和成纸要求在制备过程中对表胶淀粉的性能指标进行优化。
专利公开号为CN 111303307 A的专利公开文献公开了一种改性施胶淀粉、表面施胶液及其制备方法和应用，该方法使用改性施胶淀粉的原料预水解液代替部分淀粉，降低成本，且不需要再对淀粉进行酶解，降低生产成本，但该方法采用酸性条件预水解淀粉，且使用多种催化剂，过程较为复杂。专利公开号为CN 113861299 A的专利公开文献公开了一种造纸用表胶淀粉的环保型生产方法，该方法向淀粉乳中加入改性剂后，调整反应体系pH至9.5-11.5进行改性反应，反应结束后调节反应体系pH至5.0-8.0，后加入降粘助剂，制得目标产品；该生产方法中产生的污水量少，反应时间短，成品收率高；但该方法的不足是调控pH的过程不易控制，终产品的pH值范围过大，易影响施胶质量。专利公开号为CN103882765 A的专利公开文献公开了一种改善白泥碳酸钙加填纸施胶性能的方法，该方法将可以在不影响加填纸其他性能的条件下有效改善白泥碳酸钙加填纸的施胶度，但该方法采用高温煅烧处理，使生产成本以及安全性无法得到更好保障。可见现有的方法已不足以满足工厂生产需求，当前全国各生产制造业又面临“双碳”政策的管控，因此亟需开发一种安全性高、环境友好、成本低、碳排放低的方法来制备表胶淀粉，聚焦优化淀粉的蒸煮与酶解工艺，提高瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中生物酶水解法制备表面施胶淀粉的技术上已存在的表胶淀粉对纸板增强性能低的不足之处，提供一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法和应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：淀粉的韧化处理：称取干度为92.47％的原淀粉于丝口玻璃瓶，依次调整淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃、处理时间为1～24h，进行韧化处理，将处理后的样品编号为CXTXHX，其中C代表水分含量、T代表处理温度、H代表处理时间，下标X为相应处理条件；待韧化处理结束后，将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30～50℃鼓风烘箱中干燥10～24h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉，留存备用；
步骤2：取步骤1所得的韧化处理淀粉CXTXHX，加入蒸馏水配制成质量浓度为10～25％的淀粉浆液，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5min，移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，淀粉酶的用量为2.0～18.5u/g，酶活为45600u/mL，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5～10min，转速为300rpm，开始升温至85～95℃，升温速率为1℃/min，保温20～40min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80～90℃的水浴锅中恒温保存待用；
步骤3：取步骤2制备的表面施胶淀粉加入同恒温保存温度相同的蒸馏水配制成质量分数为10～25％的表面施胶液，将其应用在涂布机上，对瓦楞原纸(定量为160±2g/m2)进行表面施胶，表面施胶量为1～4g/m2，施涂后的纸张立即置于105℃鼓风烘箱中干燥0.5～3min，并对纸张压光处理，最后将纸样置于23±1℃，50±2％RH恒温恒湿实验室平衡24h后，测定纸张的物理性能。
而且，所述步骤1中原淀粉为马铃薯原淀粉、木薯原淀粉、玉米原淀粉中的一种或两种以上任意组合。
而且，所述步骤1中韧化处理淀粉的条件为水分含量为75％、处理温度为50℃、处理时间为10h。
而且，所述步骤1中沉淀物用蒸馏水洗净后置于30℃鼓风烘箱中干燥12h。
而且，所述步骤2中淀粉浆液的最佳质量浓度为25％，α-淀粉酶的用量为6.8u/g.
而且，所述步骤2中移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，置于38℃恒温水浴锅中搅拌10min，转速为300rpm，开始升温至85℃，升温速率为1℃/min，保温30min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80℃的水浴锅中恒温保存待用。
而且，所述步骤3中表面施胶液的质量分数为10％。
而且，所述步骤3中最佳的瓦楞纸板表面施胶量为3g/m2，纸张置于鼓风烘箱中最佳的干燥时间为1min；对纸张压光处理的条件为：上辊为胶辊，线压力25N/mm，爬行速度5m/min，钢棍温度60℃。
而且，所述步骤3中瓦楞原纸定量为160±2g/m2。
如上所述的方法在瓦楞纸板的表面施胶方面中的应用。
本发明取得的优点和积极效果为：
1、本发明方法基于简便易操作的韧化处理对原淀粉进行物理改性，通过α–淀粉酶的协同作用，采用连续蒸煮工艺获得表面施胶淀粉，其制备方法可操作性强，制备过程不存在对环境有害的成分，绿色环保，符合国家低碳减排战略部署，此外其制备过程工艺简单，反应条件温和可控，适于大规模制造，在造纸工业领域拥有着广阔的应用前景。本发明方法是一种安全性高、环境友好、成本低、碳排放低的方法。
2、本发明方法采用韧化处理的淀粉，与原淀粉相比，韧化处理淀粉的溶解度升高，膨胀率降低，这将利于提高蒸煮淀粉的初始浓度，同时又可降低表胶淀粉的黏度。
3、本发明方法采用的韧化处理淀粉与原淀粉相比，其高峰黏度、低谷粘度和最终黏度均显著降低，有效抑制淀粉的回生现象，提升淀粉浆液的稳定性，保障表面施胶淀粉在使用过程中的性能稳定性。
4、本发明方法采用的韧化处理淀粉与原淀粉相比，直链淀粉与支链淀粉的比例可以得到调节，从而利于改善表面施胶淀粉的增强效能，结果使瓦楞纸板的耐折度、耐破指数和环压指数均得到显著提升。
5、本发明方法采用的韧化处理淀粉与原淀粉相比，淀粉颗粒与淀粉酶的作用会得以进一步加强，利于改善淀粉的酶解行为，进而直接影响酶解法制备表胶淀粉的流变行为和增强性能。
6、本发明方法是一种以韧化处理淀粉为原料(淀粉的韧化处理是在过量含水量(≥40％)，低于淀粉糊化温度而高于玻璃转化温度的条件下进行的一种热处理过程)，增强生物酶水解法制备表胶淀粉施胶性能的方法，该方法可加强淀粉颗粒与淀粉酶之间的相互作用，结果不仅改善表胶淀粉的流变行为，而且有助于显著提高表胶淀粉对瓦楞原纸的增强效能。
附图说明
图1为本发明中酶用量对表面施胶淀粉黏度的影响图；
图2为本发明中淀粉浆液的初始浓度对表面施胶淀粉力学性能的影响图；
图3为本发明中蒸煮淀粉的终止温度对表面施胶淀粉黏度的影响图；
图4为本发明中蒸煮终点后保温时间对表面施胶淀粉黏度的影响图；
图5为本发明中表面施胶淀粉施胶量对瓦楞原纸力学性能的影响图；
图6为本发明中不同韧化处理条件下淀粉的直链淀粉含量图；
图7为本发明中不同韧化处理条件下淀粉的溶解度图；
图8为本发明中不同韧化处理条件下淀粉的膨胀度图；
图9为本发明中韧化处理淀粉制备的表面施胶淀粉实物图；
图10为本发明中淀粉的韧化处理条件对表胶淀粉施胶瓦楞纸板耐折度的影响图；
图11为本发明中淀粉的韧化处理条件对表胶淀粉施胶瓦楞纸板耐破指数的影响图；
图12为本发明中淀粉的韧化处理条件对表胶淀粉施胶瓦楞纸板环压指数的影响图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下属实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
具体实施例中所涉及的各种实验操作，均为本领域的常规技术，本文中没有特别注释的部分，本领域的普通技术人员可以参照本发明申请日之前的各种常用工具书、科技文献或相关的说明书、手册等予以实施。
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：淀粉的韧化处理：称取干度为92.47％的原淀粉于丝口玻璃瓶，依次调整淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃、处理时间为1～24h，进行韧化处理，将处理后的样品编号为CXTXHX，其中C代表水分含量、T代表处理温度、H代表处理时间，下标为相应处理条件；待韧化处理结束后，将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30～50℃鼓风烘箱中干燥10～24h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉，留存备用；
步骤2：取步骤1所得的韧化处理淀粉CXTXHX，加入蒸馏水配制成质量浓度为10～25％的淀粉浆液，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5min，移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，淀粉酶的用量为2.0～18.5u/g，酶活为45600u/mL，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5～10min，转速为300rpm，开始升温至85～95℃，升温速率为1℃/min，保温20～40min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80～90℃的水浴锅中恒温保存待用；
步骤3：取步骤2制备的表面施胶淀粉加入同恒温保存温度相同的蒸馏水配制成质量分数为10～25％的表面施胶液，将其应用在涂布机上，对瓦楞原纸(定量为160±2g/m2)进行表面施胶，表面施胶量为1～4g/m2，施涂后的纸张立即置于105℃鼓风烘箱中干燥0.5～3min，并对纸张压光处理，最后将纸样置于23±1℃，50±2％RH恒温恒湿实验室平衡24h后，测定纸张的物理性能。
较优地，所述步骤1中原淀粉为马铃薯原淀粉、木薯原淀粉、玉米原淀粉中的一种或两种以上任意组合。
较优地，所述步骤1中韧化处理淀粉的条件为水分含量为75％、处理温度为50℃、处理时间为10h。
较优地，所述步骤1中沉淀物用蒸馏水洗净后置于30℃鼓风烘箱中干燥12h。
较优地，所述步骤2中淀粉浆液的最佳浓度为25％，α-淀粉酶的用量为6.8u/g.
较优地，所述步骤2中移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，置于38℃恒温水浴锅中搅拌10min，转速为300rpm，开始升温至85℃，升温速率为1℃/min，保温30min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80℃的水浴锅中恒温保存待用。
较优地，所述步骤3中表面施胶液的质量分数为10％。
较优地，所述步骤3中最佳的瓦楞纸板表面施胶量为3g/m2，纸张置于鼓风烘箱中最佳的干燥时间为1min；对纸张压光处理的条件为：上辊为胶辊，线压力25N/mm，爬行速度5m/min，钢棍温度60℃。
较优地，所述步骤3中瓦楞原纸定量为160±2g/m2。
如上所述的方法在瓦楞纸板的表面施胶方面中的应用。
以下实施例中，表面施胶淀粉的最佳蒸煮工艺方案可以为：
以去离子水配制质量分数为24％的淀粉浆液，后将其置于38℃水浴中搅拌5min，以α-淀粉酶用量为4U/g加入到浆液中并搅拌10min使其混合均匀，后开始持续升温到终止温度为85℃，并在85℃保温30min，将淀粉浆液置于120℃油浴中灭酶活5min，自然冷却浆液温度达到80℃，加温度为80℃去离子水稀释表面施胶淀粉浆液浓度到10％，将稀释的表面施胶淀粉浆液置于温度为80℃的水浴中恒温保存，备用。
另外，本发明中采用表面施胶淀粉最佳的蒸煮工艺，是基于工厂蒸煮车间实际生产工艺中可以进一步优化的条件而获得的，同时保证表面施胶淀粉具有最佳的流变行为利于生产需要，以及最佳的瓦楞纸板力学性能。图1数据表明，随着淀粉酶浓度升高，表面施胶淀粉浆液的黏度值呈现显著下降趋势，α-淀粉酶的用量4u/g时，淀粉浆液黏度值急剧降为578cp，当酶用量增加到6.8u/g，淀粉浆液的黏度趋于稳定，黏度值约为144cp，因此本发明中选择酶解淀粉的酶用量为6.8u/g，以满足施胶机对黏度的需求，同时兼顾生产的经济效益。图2的数据表明，淀粉浆液的初始蒸煮对施胶瓦楞纸板的力学性能影响较小，整体的力学性能变化不大，从生产效率和经济角度考虑，淀粉浆液的初始浓度越高越有利，为此优选地定为淀粉浆液的初始蒸煮浓度为24％。图3的数据表明，蒸煮淀粉的终止温度在85℃后体系的黏度值大幅降低，这可能是因为当蒸煮温度大于85℃后游离在淀粉浆液中的葡聚糖分子发生部分降解，使体系的平均分子量降低，从而使黏度降低；终止温度从70℃升到85℃，淀粉浆液的黏度略有升高，这可能是因为在85℃之前，淀粉颗粒未得到充分润胀，葡聚糖分子未充分游离在水溶液中，因此本发明中选择蒸煮淀粉的最佳终止温度为85℃。图4的数据表明，蒸煮淀粉的最终黏度随着保温时间的增加而降低，当保温时间达到30min时，表胶淀粉浆液的黏度趋于稳定，因此本发明中选择蒸煮淀粉的最佳保温时间是30min。将在最佳蒸煮工艺条件下获得的表面施胶淀粉施涂在瓦楞纸表面(瓦楞纸板的定量为160±2g/m2)，改变表面施胶量，测定瓦楞纸板的力学性能如图5所示，数据表明随着施胶量的增加瓦楞纸板的耐折度呈现增加后降低的趋势，环压指数、耐破指数和抗张指数(纵向)都逐渐升高，因此本发明中选择的最佳施胶量为3g/m2。
具体地，相关的制备及检测如下：
实施例1
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理玉米原淀粉(在其他实施例中，原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种或任意组合)，称取64.89g原淀粉(干度92.47％)，加入蒸馏水制成水分含量65％样品，在50℃恒温气浴振荡器中处理24h，之后将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30℃鼓风烘箱中干燥12h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉C65T50H24，留存备用。
步骤2：表胶淀粉制取，称取15.24g淀粉C65T50H24，加蒸馏水配制成固含量为24％的淀粉浆液，38℃恒温水浴锅中搅拌5min，使其混合均匀，后将α–淀粉酶用量以6.8U/g加入到淀粉浆液中，酶活为45600u/mL，在38℃条件下持续搅拌10min，转速300rpm，保持搅拌继续升温至85℃，升温速率为1℃/min，保温30min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得表面施胶淀粉。
步骤3：瓦楞纸板表面施胶，取步骤2中的表胶淀粉加入一定量85℃的去离子水使表胶淀粉液稀释至固含量为10％，并取该表胶淀粉采用半自动涂布机对瓦楞纸板表面施胶，表面施胶量为3g/m2，施胶完后置于105℃鼓风烘箱中干燥5min，后将纸张进行压光处理，最后将纸样置于23±1℃，50±2％RH恒温恒湿实验室平衡24h后，测定纸张的物理性能。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C65T50H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为31±3次，耐破指数为2.2±0.2Kpa·m2/g，环压指数为13.4±0.5N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度约提高了15％，耐破指数和环压指数略显增加，但整体相差不大；另外从制备的表胶淀粉的流动性上看出，该韧化处理淀粉制备的表面施胶淀粉原液(24％)的流动性好，满足生产中对淀粉浆液流动性的需求。
实施例2
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理淀粉的条件除了控制淀粉浆液水分含量为75％外，其余都同实施例1的步骤1所述，且将研磨过筛后得到的韧化处理淀粉即为C75T50H24，待留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C75T50H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为17±8次，耐破指数为2.4±0.2Kpa·m2/g，环压指数为13.2±0.5N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度降低显著，耐破指数略显升高，环压指数相近。
实施例3
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理淀粉的条件除了控制淀粉浆液水分含量为90％外，其余都同实施例1的步骤1所述，且将研磨过筛后得到的韧化处理淀粉即为C90T50H24，待留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C90T50H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为24±7次，耐破指数为2.0±0.2Kpa·m2/g，环压指数为12.8±0.2N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度有所降低，耐破指数略显降低，环压指数相近。
实施例4
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理玉米原淀粉(在其他实施例中，原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种或任意组合)，称取64.89g原淀粉(干度92.47％)，加入蒸馏水制成水分含量75％样品，在40℃恒温气浴振荡器中处理24h，之后将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30℃鼓风烘箱中干燥12h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉C75T40H24，留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C75T40H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为30±6次，耐破指数为1.8±0.1Kpa·m2/g，环压指数为13.1±0.4N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度略显升高，耐破指数显著降低，环压指数相近。
实施例5
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理淀粉的条件除了控制温度为60℃外，其余都同实施例4的步骤1所述，且将研磨过筛后得到的韧化处理淀粉即为C75T60H24，待留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C75T60H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为36±7次，耐破指数为2.2±0.2Kpa·m2/g，环压指数为13.5±0.2N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度显著提高了约33％，耐破指数和环压指数均略显升高，可见该实施例下瓦楞纸板具有最佳的力学性能，这归因于该实施例采用的韧化处理淀粉C75T60H24独特的理化性质，如图6至图8所示，该条件下的淀粉直链淀粉含量最高，溶解度最高但膨胀率最低，这将利于淀粉与酶分子的相互作用，提高单位体积内酶分子与淀粉分子的碰撞几率，改善了淀粉的酶解规律，从而使酶解淀粉的增强效能得到改善。
实施例6
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理玉米原淀粉(在其他实施例中，原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉中的一种或任意组合)，称取64.89g原淀粉(干度92.47％)，加入蒸馏水制成水分含量75％样品，在50℃恒温气浴振荡器中处理2h，之后将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30℃鼓风烘箱中干燥12h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉C75T50H2，留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C75T50H2制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为39±10次，耐破指数为2.1±0.1Kpa·m2/g，环压指数为13.2±0.2N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度大幅提高了约44％，耐破指数和环压指数接近。
实施例7
一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理淀粉的条件除了控制时间为10h外，其余都同实施例6的步骤1所述，且将研磨过筛后得到的韧化处理淀粉即为C75T50H10，待留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，结果显示，采用韧化处理淀粉C75T50H10制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为32±10次，耐破指数为2.1±0.2Kpa·m2/g，环压指数为13.0±0.2N·m/g，与对比例原淀粉NSt制备的表胶淀粉相比，耐折度显著提高了约33％，耐破指数和环压指数均略显降低。
对比例1
一种瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：除以玉米原淀粉NSt为原料外，其他的步骤同实施例1步骤2。
步骤2：同实施例1步骤3。
测定结果如图9至图12，表1的数据表明，采用玉米原淀粉NSt制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度为27±8次，耐破指数为2.2±0.1Kpa·m2/g，环压指数为13.2±0.2N·m/g。
对比例2
一种瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理玉米原淀粉，称取64.89g原淀粉(干度92.47％)，加入蒸馏水制成水分含量75％样品，在30℃恒温气浴振荡器中处理24h，之后将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30℃鼓风烘箱中干燥12h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉C65T30H24，留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
结果显示，采用韧化处理淀粉C75T30H24制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度、耐破指数、环压指数，如表1所示，与对比例1原淀粉NSt制备的表胶淀粉性能均十分接近。这是因为韧化处理的温度为30℃时，淀粉颗粒不能得到充分的润胀，与原淀粉相比颗粒的微观形貌和结构未发生显著变化，因此由其制备的表胶淀粉的性能与原淀粉的相近。由此可以看出，本发明中对淀粉进行韧化处理时淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃和处理时间为1～24h这三种条件之间存在协同作用，三种条件能够协同促进韧化处理后的淀粉的相关性能，进而提高瓦楞纸板表胶淀粉施胶的性能。
对比例3
一种瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：韧化处理玉米原淀粉，称取64.89g原淀粉(干度92.47％)，加入蒸馏水制成水分含量75％样品，在60℃恒温气浴振荡器中处理0.5h，之后将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30℃鼓风烘箱中干燥12h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉C75T60H0.5，留存备用。
步骤2：同实施例1步骤2。
步骤3：同实施例1步骤3。
结果显示，采用韧化处理淀粉C75T60H0.5制备的表面施胶淀粉，对瓦楞纸板施胶后纸张的耐折度、耐破指数、环压指数，如表1所示，与对比例1原淀粉NSt制备的表胶淀粉性能均比较接近。这是因为韧化处理的时间为0.5h时，其他的处理温度和水分含量均达到使淀粉颗粒充分润胀，利于淀粉分子链之间的相互作用改变淀粉的理化性质，但是因处理时间为0.5h，水分子还尚未进入到逐步润胀的淀粉颗粒内部，那么淀粉分子的微观结构还尚未发生改变，因而由其制备的表面施胶淀粉的性能与原淀粉的相近。
由此可以看出，本发明中对淀粉进行韧化处理时淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃和处理时间为1～24h这三种条件之间存在协同作用，三种条件能够协同促进韧化处理后的淀粉的相关性能，进而提高瓦楞纸板表胶淀粉施胶的性能。
另外，将最佳实施例5与对比例2和对比例3结合分析，可见淀粉的韧化处理条件在最佳的水分含量下对于温度和时间的依赖性很强，两者缺一不可，只有两者都同时满足的前提下淀粉分子的结构才可以得到改变，从而调节淀粉的水解行为。进一步证明了本发明中对淀粉进行韧化处理时淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃和处理时间为1～24h这三种条件之间存在协同作用，三种条件能够协同促进韧化处理后的淀粉的相关性能，进而提高瓦楞纸板表胶淀粉施胶的性能。
表1对比例样品施涂在瓦楞纸表面后纸板的物理性能
| 物性指标 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 耐折度(次) | 27±8 | 27±10 | 26±6 |
| 耐破指数(Kpa·m2/g) | 2.2±0.1 | 2.1±0.3 | 2.1±0.2 |
| 环压指数(N·m/g) | 13.2±0.2 | 13.3±0.1 | 13.2±0.5 |
本发明中相关的表征与性能测试方法可以如下：
力学性能的测试：耐折度测定参考GB/T2679.5-2002《纸和纸板耐折度的测定》，耐破度测定参考GB/T6545-1998《瓦楞纸板耐破强度的测定方法》，环压强度测试参考GB/T2679.8-1995《纸板环压强度测定法》。
直链淀粉含量的测试：采用碘比色法测定
1、直链淀粉标准曲线的绘制
准确称取直链淀粉和支链淀粉标准品50mg，分别置于50mL容量瓶中，用1mL乙醇润湿，再加入9mL 0.5mol/LNaOH溶液，在沸水浴中加热溶解15min，冷却。用蒸馏水定容，混匀，分别得1mg/mL的直链淀粉和支链淀粉标准溶液，即母液。
依次按直链淀粉标准液：支链淀粉标准液的体积比为0.2：2.3，0.3：2.2，0.4：2.1，0.5∶2.0，0.6：1.9，0.7：1.8，0.8：1.7吸取母液于50mL容量瓶中，各加入20mL蒸馏水，用0.1mol/L HCl溶液将pH调至3，加入0.5mol/L碘试剂(2mg/mL)，用蒸馏水定容。静置20min，用1cm比色皿在620nm下测定吸光度，以混合液中直链淀粉的质量分数为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，获得吸光度与直链淀粉含量之间的线性回归方程y＝0.00921x+0.0993(R2＝0.9973)，并将其用于直链淀粉含量测定。
2、待测样品中直链淀粉的含量
准确称取玉米淀粉或韧化处理玉米淀粉50mg，置于50mL容量瓶中，用1mL乙醇润湿，再加入9mL0.5mol/LNaOH溶液，在沸水浴中加热溶解15min，冷却。用蒸馏水定容，混匀，得1mg/mL淀粉待测液。吸取淀粉待测液2.5mL于50mL容量瓶中，加入20mL蒸馏水，用0.1mol/L HCl溶液将pH调至3，加入0.5mol/L碘试剂(2mg/mL)，用蒸馏水定容。静置20min，在620nm波长处测定其吸光度。根据吸光度值，由标准曲线方程计算待测样品中直链淀粉的含量，每个样品平行测定三次，计算平均值为该样品的直链淀粉含量。
溶解度(SA)和膨胀度(SP)测试：称取0.5g待测样品，放入45mL离心管中，加入40mL蒸馏水，置于85℃水浴振荡器中30min，取出冷却至室温，4000r/min离心15min。倒出上清液，在130℃下干燥至恒重，按下式1和式2依次计算溶解度和膨胀度
式中，A-上清液中溶出物质量g；W-样品干重g；P-离心管中沉淀物质量g。
糊化特性的测试：
淀粉样品的糊化特性采用快速黏度分析仪RVA-4测定，称取待测淀粉样品3g加入去离子水至总质量为28g，快速黏度分析仪测定参数设定为，从50℃开始平衡样品1min，以120℃/min速度升温至95℃，保温2.5min；再以12℃/min速度冷却到50℃，保温2min。搅拌子旋转速度起初为960r/min，搅拌10s混匀物料，随后转速设置为160r/min。
为了进一步说明韧化处理淀粉制备的表胶淀粉对瓦楞纸板力学性能的影响，本发明对韧化处理淀粉的理化性质进行了测定，如图6直链淀粉含量的变化、图7溶解度的变化、图8膨胀度的变化以及表一淀粉的糊化特性。图6结果表明韧化处理淀粉的直链淀粉含量，与对比例原淀粉相比均有提高，且都随水分含量、温度、时间的增加而增加。图7和图8的溶解度和膨胀度数据表明，与原淀粉相比，韧化处理淀粉的溶解度上升，膨胀度降低，且溶解度随水分含量、温度、时间的增加而增加，膨胀度随水分含量、温度、时间的增加而降低。综合图6、图7和图8发现，韧化处理条件为含水量75％、温度60℃、时间24h(即C75T60H24)时，直链淀粉含量最高，溶解度达到最高，同时膨胀度最低；这是因为，韧化处理可使淀粉中部分支链淀粉的分支结构发生断裂，随着水分含量、温度和时间的增加，支链淀粉的断裂程度增加，改变了淀粉分子内部的直链/支链淀粉含量比，使直链淀粉含量增加，从而使溶解度增加和膨胀率的降低。
表2不同韧化处理条件下淀粉的糊化特性
| 样品 | 糊化温度/℃ | 高峰粘度/cp | 低谷粘度/cp | 最后粘度/cp | 回生值 | 高峰时间/s |
| 玉米淀粉 | 81.5 | 1998 | 1441 | 2102 | 661 | 353 |
| C65T50H24 | 77.4 | 556 | 474 | 544 | 70 | 353 |
| C75T50H24 | 86.4 | 1350 | 1109 | 1534 | 425 | 360 |
| C90T50H24 | 88 | 1309 | 1097 | 1437 | 340 | 373 |
| C75T40H24 | 79.9 | 1742 | 1294 | 1927 | 633 | 347 |
| C75T60H24 | 92.15 | 1139 | 1073 | 1249 | 176 | 407 |
| C75T50H2 | 84.55 | 1518 | 1146 | 1645 | 499 | 353 |
| C75T50H10 | 85.7 | 1073 | 893 | 1143 | 250 | 367 |
表2的糊化特性数据表明，与玉米淀粉相比，韧化处理后的淀粉糊化温度有升有降，随着韧化处理水分含量的增加，温度的升高以及时间的增加，糊化温度均呈现升高趋势；其中C75T60H24的糊化温度最高为92.15℃，这与其直链淀粉含量最高相对应；另外韧化处理使得淀粉的高峰黏度、低谷粘度、最终黏度值相较于原淀粉均呈现显著地下降趋势，这表明韧化处理使部分支链淀粉水解，游离的直链淀粉增多，表现为淀粉的黏度值下降，其中样品C65T50H24的黏度最低，可见其具有良好的流变性能，利于表面施胶，此外其回生值也远远低于原玉米淀粉为70，可见其稳定性最佳。
图9呈现了部分韧化处理淀粉以24％的浓度制备成表面施胶淀粉的实物图，从图中看出韧化处理淀粉制备的施胶液黏度普遍较高，在固含量24％时只有样品C65T50H24制备的表面施胶淀粉具有较好的流动性，当稀释到固含量为10％时表面施胶淀粉的流动性完全可以满足实际生产需求。
图10、图11和图12的数据表明，与对比例相比，韧化处理淀粉制备的表面施胶淀粉可以赋予瓦楞纸板较高的力学性能，其中韧化处理淀粉C75T60H24制备的表面施胶淀粉可以是瓦楞纸板具有最高的耐折度、耐破指数和环压指数，其中耐折度从27次增加到35次，耐破指数从2.1Kpa·m2/g增加到2.2Kpa·m2/g，环压指数从13.2N·m/g最大可增加到14.1N·m/g；这可能是因为该条件下处理的淀粉因具有最高的糊化温度，采用本发明的淀粉蒸煮温度未能使淀粉颗粒得到充分润胀，从而使α-淀粉酶与淀粉内部的相互作用存在一定程度的约束，使淀粉颗粒的降解程度降低，体系中分子量较大的葡聚糖得以保留，因分子量高的葡聚糖在纸张纤维表面的增强效果好，从而使其显著提高了瓦楞纸板的力学性能。
综上所述，本发明公开了一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，与传统方法相比，本方法从调节原淀粉的理化特性着手，通过韧化处理的手段调节了淀粉的直链淀粉含量、糊化温度、峰值黏度、回生值、溶解度和膨胀度，在不外加任何化学试剂的情况下，从而调控了淀粉蒸煮过程中α-淀粉酶对淀粉的作用过程，使表面施胶淀粉在具备优良的流变性能的前提下具有优异的增强性能。本发明中涉及到的处理工艺简单，成本低，可操作性强，符合低碳减排标准。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：淀粉的韧化处理：称取干度为92.47％的原淀粉，依次调整淀粉的含水量为60～95％、处理温度为40～60℃、处理时间为1～24h，进行韧化处理，将处理后的样品编号为CXTXHX，其中C代表水分含量、T代表处理温度、H代表处理时间，下标X为相应处理条件；待韧化处理结束后，将淀粉浆液在3000rpm下离心10min，取出沉淀物，用蒸馏水洗净，置于30～50℃鼓风烘箱中干燥10～24h，研磨过筛后得到韧化处理淀粉，留存备用；
步骤2：取步骤1所得的韧化处理淀粉CXTXHX，加入蒸馏水配制成质量浓度为10～25％的淀粉浆液，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5min，移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，淀粉酶的用量为2.0～18.5u/g，酶活为45600u/mL，置于35～40℃恒温水浴锅中搅拌5～10min，转速为300rpm，开始升温至85～95℃，升温速率为1℃/min，保温20～40min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80～90℃的水浴锅中恒温保存待用；
步骤3：取步骤2制备的表面施胶淀粉加入同恒温保存温度相同的蒸馏水配制成质量分数为10～25％的表面施胶液，将其应用在涂布机上，对瓦楞原纸进行表面施胶，表面施胶量为1～4g/m2，施涂后的纸张立即置于105℃鼓风烘箱中干燥0.5～3min，并对纸张压光处理。
2.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤1中原淀粉为马铃薯原淀粉、木薯原淀粉、玉米原淀粉中的一种或两种以上任意组合。
3.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤1中韧化处理淀粉的条件为水分含量为75％、处理温度为50℃、处理时间为10h。
4.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤1中沉淀物用蒸馏水洗净后置于30℃鼓风烘箱中干燥12h。
5.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤2中淀粉浆液的质量浓度为25％，α-淀粉酶的用量为6.8u/g。
6.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤2中移取α-淀粉酶溶液加入淀粉浆液中，置于38℃恒温水浴锅中搅拌10min，转速为300rpm，开始升温至85℃，升温速率为1℃/min，保温30min，置于120℃油浴锅中灭酶活5min，得到表面施胶淀粉，并置于80℃的水浴锅中恒温保存待用。
7.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤3中表面施胶液的质量分数为10％。
8.根据权利要求1所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤3中瓦楞纸板表面施胶量为3g/m2，纸张置于鼓风烘箱中干燥时间为1min；对纸张压光处理的条件为：上辊为胶辊，线压力25N/mm，爬行速度5m/min，钢棍温度60℃。
9.根据权利要求1至8任一项所述的增强瓦楞纸板表胶淀粉施胶性能的方法，其特征在于：所述步骤3中瓦楞原纸定量为160±2g/m2。
10.如权利要求1至9任一项所述的方法在瓦楞纸板的表面施胶方面中的应用。
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