CN1936179A - 一种高固含量改性瓜尔胶水溶液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高固含量改性瓜尔胶水溶液的制备方法，所用的改性瓜尔胶粉可以是羟丙基瓜尔胶、阳离子瓜尔胶或其混合物。将改性瓜尔胶粉分散在水中，粘度大于3000mpa.s，用甘露糖酶和半乳糖氧化酶进行酶催化反应，在40～60℃下反应4～8个小时，得到低粘度、固含量高的改性瓜尔胶水溶液，粘度约为200～500mpa.s，固含量为10～25％。以此溶液与AKD乳液混合作为浆内施胶剂，加量为AKD乳液绝干量的4％，Cobb值有明显降低；以此液体作为造纸用浆表面施胶剂，和市售表面施胶剂相比可使纸张的下机及熟化Cobb值明显降低。

Description

一种高固含量改性瓜尔胶水溶液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种造纸用施胶助剂，具体涉及一种改性瓜尔胶水溶液的制备方法
背景技术
目前瓜尔胶及其改性产品应用于化妆品，石油钻采、食品、医药，纺织、建筑及和造纸等行业。近年来尤其是在造纸行业，改性瓜尔胶的应用越来越广泛，其作用也越来为人们所认可。
瓜尔胶是一种天然的半乳糖，是以(1-4)-β-D甘露糖为主链骨架，侧链则是由单个α-D-吡喃半乳糖组成，并以(1-6)键相连。每隔一个甘露糖就有一个半乳糖支链，两者比例大约是2∶1。瓜尔胶能够分散在水中，形成高粘度的液体，一般瓜尔胶原粉的1％水溶液的粘度为4000～6000mpa.s。天然瓜尔胶有以下缺点：水不溶物含量高；不能快速溶胀水合，溶解速度慢；粘度不易控制；耐电解质，耐微生物降解性较差。人们对天然瓜尔胶进行改性，从而改善以上特性。
专利CN1401725A介绍了一种阳离子瓜尔胶的制备方法。该阳离子瓜尔胶用于洗发香波及其它化妆品行业，是一种新型阳离子表面活性剂。
专利CN1757827A介绍了一种羟烷基阳离子瓜尔胶的制备方法，该瓜尔胶分子中即带有季胺阳离子，又接枝了非离子羟烷基基团，用作纸张助留助滤剂。
专利US3297604，公开了一种用半乳糖氧化酶降解瓜尔胶的制备方法。
专利US5554745中公开了一种半乳糖氧化酶降解阳离子瓜尔胶的制备方法。100克瓜尔胶(干基)分散至285ml异丙醇中，加入3克氢氧化钠和1克硼砂溶于80mlM2O，搅拌下加入5克3-氯-1-羟丙基三甲基氯化铵，40℃下，在氮气氛围下反应16小时。后混合物用盐酸调PH值为8，过滤烘干。然后取10克阳离子瓜尔胶加入1升去离子水中，加磷酸调PH至7，在沸水中放置1小时，加入3500unit半乳糖氧化酶，再加入漆酶除去反应中多余的H2O2。反应在氧气存在条件下反应，在沸水浴中放置30分钟终止反应，制得1％改性瓜尔胶溶液。
上述技术的不足之处是，改性瓜尔胶水溶液的浓度较低，一般固含量小于8％，粘度一般大于3000mpa，难以工业化和大批量生产，成本较高。
发明内容：
本发明的目的是公开一种高固含量的改性瓜尔胶水溶液及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足有关领域的需要。
本发明所说的高固含量的改性瓜尔胶水溶液的制备方法包括如下步骤：
将缓冲剂加入改性瓜尔胶水溶液，使反应体系的pH为6～8，然后加入甘露糖酶水溶液和半乳糖氧化酶水溶液，升温至40～60℃反应4～8小时，再升温至90～95℃，保温10～50分钟，得到改性瓜尔胶水溶液，重量固含量为11～15％，粘度为200～500mpa.s。
改性瓜尔胶水溶液中，改性瓜尔胶的重量浓度为10～15％；
甘露糖酶的加入量为改性瓜尔胶重量的7～10％，甘露糖酶水溶液的重量固含量10～12％；
半乳糖氧化酶加入量为改性瓜尔胶重量的3～15％，半乳糖氧化酶水溶液的重量固含量为10～12％；
所说的改性瓜尔胶粉选自羟丙基瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、或其混合物，可采用市售产品，如上海高维化工有限公司的阳离子瓜尔胶CG-40；
所说的甘露糖酶可采用市售产品，如GENENCOR INTERNATIONALINC.的PuraBriteTM，活性单位为1000IU/g，固含量为10～12％；武汉亚法生物技术有限公司的EC0135，活性单位为90IU/g，固含量为10～12％；
所说的半乳糖氧化酶可采用市售产品，如武汉亚法生物技术有限公司的EC0135，活性单位为90IU/g，固含量为10～12％；
pH缓冲剂选自醋酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钙；
本发明制备的高固含量的改性瓜尔胶水溶液，重量固含量为10～25％，粘度为80～500mpa.s。
本发明制备的高固含量的改性瓜尔胶水溶液，与AKD(乳液混合后，用作造纸施胶剂，与表面施胶淀粉混合配成施胶液，可对白卡原纸进行表面施胶，加量为AKD乳液绝干重量的3～5％，和单纯用AKD乳液相比，可使Cobb值显著降低；和市售的表面施胶剂相比，施胶后纸张下机及熟化后的Cobb值有显著降低。
AKD为烷基烯酮二聚体，AKD乳液可采用市售产品，青州凤呜化工助剂厂的AKD乳液，固含量为(10～15％)；
由于本发明采用了双酶体系，使反应所得到的溶液固含量更高，粘度更低，可提高生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
                         实施例1
将82.5克水加入500ml四口圆底烧瓶中，将阳离子瓜尔胶粉15克(含水10％)在电动搅拌下分散其中，加入5克5％醋酸钠缓冲溶液，体系的pH为7.6，加入10克甘露糖酶(1000IU/g，固含量为10％)，接着加入5克(90IU/g，固含量为10％)半乳糖氧化酶，在搅拌下升温至50度反应6个小时，后升温至90度保温50分钟，降温至25℃，制得淡黄色透明液体。固含量为11％，粘度为500mpa.s，粘度由NDJ-1型旋转粘度剂按ISO 2884-2-2003测定。
阳离子瓜尔胶粉采用上海高维化工有限公司的产品CG-40；
甘露糖酶采用GENENCOR INTERNATIONAL INC.的PuraBriteTM，活性单位为1000IU/g，固含量为10～12％；
半乳糖氧化酶采用武汉亚法生物技术有限公司的EC0135，活性单位为90IU/g，固含量为10～12％。
                        实施例2
将114克去离子水加入500ml四口圆底烧瓶中，开启电动搅拌，将羟丙基瓜尔胶粉18克(含水10％)分散其中，加入5克5％醋酸钙缓冲溶液，体系的pH7.3，加入15克甘露糖酶(1000IU/g，固含量为10％)，接着加入20克半乳糖氧化酶(90IU/g，固含量为10％)，在搅拌下升温至40度反应8个小时，后升温至90度保温30分钟，再降温至25℃，制得淡黄色透明液体。固含量为15.0％，粘度为200mpa.s，粘度由NDJ-1型旋转粘度剂按ISO 2884-2-2003测定。
羟丙基瓜尔胶为罗的亚公司的Jaguar8060，其它原料同实施例1。
                        实施例3
将110克去离子水加入500ml四口圆底烧瓶中，开启电动搅拌，将羟丙基瓜尔胶粉7克及阳离子瓜尔胶粉8(含水10％)分散其中，加入5克5％磷酸氢二钠缓冲溶液，体系的的pH7.8，加入10克甘露糖酶(1000IU/g，固含量为10％)，接着加入5克半乳糖氧化酶(90IU/g，固含量为10％)，在搅拌下升温至50度反应6个小时，后升温至95度保温10分钟，再降温至30度以下，制得淡黄色透明液体。固含量为10.5％，粘度为356mpa.s，粘度由NDJ-1型旋转粘度剂按ISO 2884-2-2003测定。
原料来源与实施例1同。
                          实施例4
高固含改性瓜尔胶水溶液在造纸浆内施胶中的应用：
取实施例1、实施例2、实施例3及实施例4中制备的改性瓜尔胶水溶液(绝干为AKD4％)加入AKD(烷基烯酮二聚体)中进行应用实验，其结果和纯AKD的施胶结果进行比较，采用市售AKD乳液，如青州凤呜化工助剂厂的AKD乳液，固含量为10～15％；
Cobb值实验按下步骤进行：
将针叶浆和阔叶浆按一定比例混合打浆，在浆内加入CaCO3，加入AKD乳液或AKD乳液和改性瓜尔胶水溶液的混合液，进行混合，在ZQJ-A型纸样抄取器上抄造40g.m-2纸页，在压光机105℃烘干后用Cobb值测定仪测其吸水值。
1各种原料的配制备比例
AKD：青州凤呜化工助剂厂的AKD乳液，固含量为(10％)，加入量为2％
CaCO3：68级固含量：73.4％加入重量：20％
2打浆：按针叶浆(45°SR)∶阔叶浆(25°SR)＝40∶60的比例打浆，在浆内加入AKD乳液，或AKD和改性瓜尔胶水溶液的混合液。
3抄片：
按纸浆+AKD+轻质碳酸的方案，在ZQJ-A型纸样抄取器上抄造40g.m-2纸页，并测定其物理性能
(1)空白  AKD加入量2.0‰
(2)每个添加量的样品抄两张纸片，一组在压光机上(105℃)烘干后测其吸水值，一组平衡水分10分钟后测吸水值，对其结果进行比较。
测得数据如下：
样品名称 下机Cobb值(g/m2) 平衡水份10分钟Cobb值(g/m2)
AKD 94 30
AKD+实施例1 38 27
AKD+实施例2 50 28
AKD+实施例3 40 26
从表中看出添加瓜尔胶改性水溶液后，Cobb值比单纯用AKD有明显下降。
高固含改性瓜尔胶在表面施胶中的应用：
表面施胶按以下步骤进行：
1  表面施胶胶液的配制
施胶用氧化淀粉(太阳纸业明旭厂生产)加水搅拌后配制成10％溶液，升温至90-95℃，保温糊化30min后调至65℃恒温，备用。
2  施胶方案：使用上述氧化淀粉液与表面施胶剂(东营市德胜化工有限公司的LDZ-20)或制备的高固含改性瓜尔胶水溶配成施胶液，配比为淀粉∶高固含改性瓜尔胶水溶液/市售表面施胶剂＝50∶4(干/湿)，淀粉液浓度10％。
采用山东太阳纸业南厂未表面施胶白卡原纸作为施胶原纸，使用上述胶料，在实验室小型施胶机上，以相同的施胶量(正面1.5g/m2)进行施胶。施胶后的纸样以相同的温度、时间在上光机上进行干燥，检测纸样下机和熟化1min、3min、5min、10min的Cobb值(做60s吸水)。
施胶纸样的物理指标
从表中看出，使用高固含改性瓜尔胶制备施胶液，可使纸张的下机及熟化后的Cobb值明显降低，远低于用市售表面施胶剂施胶后的Cobb值。

Claims (10)

1.一种高固含量改性瓜尔胶水溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将缓冲剂加入改性瓜尔胶水溶液，使反应体系的pH为7～8，然后加入甘露糖酶水溶液和半乳糖氧化酶水溶液，升温至40～60℃反应4～8小时，再升温至80～90℃，保温10～50分钟，得到改性瓜尔胶水溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，改性瓜尔胶水溶液中，改性瓜尔胶的重量浓度为10～15％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，甘露糖酶的加入量为改性瓜尔胶重量的7～10％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，甘露糖酶水溶液的重量固含量10～12％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，半乳糖氧化酶加入量为改性瓜尔胶重量的3～15％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，半乳糖氧化酶水溶液的重量固含量为10～12％。
7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所说的改性瓜尔胶粉选自羟丙基瓜尔胶、阳离子瓜尔胶、或其混合物。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法制备的改性瓜尔胶水溶液。
9.一种改性瓜尔胶水溶液，其特征在于，重量固含量为10～15％，粘度为200～500mpa.s。
10.权利要求8或9所述的改性瓜尔胶水溶液的应用，其特征在于用作造纸施胶剂。
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