一种造纸涂布用颗粒状超细淀粉胶黏剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及造纸技术领域，公开了一种造纸涂布用颗粒状超细淀粉胶黏剂的制备方法。其特征在于：以淀粉为原料，以水或醇水混合体系为分散介质，用研磨机进行超细研磨，同时选择研磨前、中或后三个不同点交联处理，最后离心、洗涤、干燥，得到适合涂布用的超细淀粉颗粒。研磨以水为介质时，分散液固含量10～15％，以醇水混合物为介质时，分散液固含量15～20％；磨珠直径0.1～1.2mm；涡轮盘线速度4～16m/s；研磨后淀粉颗粒粒度大小100～300nm。本发明专利技术所述制备方法操作简便，原料来源广泛可再生，所得产品粒径小，部分替代丁苯胶乳配入涂料黏度低、流变性好；有利于缓解丁苯胶乳资源紧缺压力，有助于降低涂料成本、减轻碳排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及造纸
的一种制备方法，具体是涉及一种造纸涂料用超细淀粉颗粒胶黏剂的制备方法。
技术介绍
在造纸涂布原料中，胶黏剂是最重要的组成部分。在决定涂料的黏度、流变性、保水性和固化时间方面，它起着决定性的作用，同时对涂布纸的印刷性能具有重要的影响。随着纸张涂布工艺的不断发展，涂料胶黏剂的种类也逐渐发生着变革。合成胶乳胶黏剂属于石化产品，资源不可再生，属于高碳排放产品，成本较高；涂布用淀粉来源于农作物玉米或马铃薯淀粉等原料，其资源广泛可再生，具有低碳排放特性，且成本较低；因此，近年来，淀粉在造纸涂料中的应用越来越多。目前，涂料所用的淀粉多为改性淀粉，应用时将粉状、不溶于水的淀粉在80～90℃条件下糊化，其浓度在40％以下，35～30％较为常见，严重限制了涂料固含量的提高；另外，人们在实践中应用发现，淀粉的加入会使涂料的高剪切流变特性变差，从而影响涂布运转性；应用涂布淀粉的涂料在涂布纸干燥过程中，润涨的淀粉干燥收缩严重，对纸张光泽度和印刷光泽度有较大的影响，还会产生印刷斑点等；糊化淀粉与颜料粒子混合分散，没有纳米淀粉分散的均匀，因此，它的应用所得纸张表面强度也较低。淀粉在涂料中的另一种应用形式为生物胶乳。所谓生物胶乳，目前有两种存在形式：液体状和粉状。液体生物胶乳国内已有应用，它是通过化学改性的方法，使淀粉长链断裂，再进行一定的交联处理所得；此种生物胶乳50％固含黏度仍然较低，说明其链断严重；实践证实：即使给予一定交联处理，其纸张涂布应用仍对强度性能影响很大，达不到国外ECO生物胶乳性能水平。国外ECO生物胶乳是目前存在的纳米级粉状颗粒淀粉，它是通过螺旋挤压的方式，辅以一定交联、增塑处理(介绍方法)，生产出的一种预糊化淀粉，其粒径大小在50～150nm，并具有以下特点：(1)其粘结强度性能已接近胶乳，常规涂布淀粉的粘结强度仅为胶乳的一半。(2)具有和含胶乳类涂料相似的粘度特性，纸机运行性能稳定；(3)可改善纸张的光学性能和印刷性能等，如可以减少印刷斑点的出现。(4)用可再生的如玉米淀粉等作为原料，来源广泛，价格比胶乳低廉；(5)应用时可直接水溶，不需要糊化，固含量可高达40％。虽然ECO生物胶乳具有如上所述较好的应用性能，但由于其是国外专利产品，目前国内应用价格较高，对于当下国内造纸厂控制成本比较严格的情况下，广泛应用受到限制。将淀粉原料进行颗粒化处理，常用的方法有喷雾干燥法、高压醇法、常温常压醇碱法等。专利CN1076729(申请号98126389.5)提及了一种颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法。该专利所述方法的基本特征是：以45～65(重量)％醇溶液为悬浮剂，加入淀粉，固含量为10～25(重量)％，加入固体强碱，物料温度为30～40℃，进行α化常压修饰10～60分钟，用醇酸中和后醇溶液洗涤，干燥得到产品。其产品冷水溶解度可达到95％。上述专利提出的制备颗粒状冷水可溶淀粉的方法未提及淀粉颗粒粒度大小，并且其主要应用在食品、医药、化妆品等行业中，产品级别较高、价格高，不适合在造纸涂料中应用。出版物《冷水可溶性涂布淀粉在铜版纸面涂中的应用》(纸和造纸.2013，32(9)：50-54.)提出，国内已有生产厂家利用生物质淀粉为原料，经过化学及超微细化改性处理生产出冷水可溶性涂布淀粉，其颗粒大小多分布在100～200nm范围，样品为干粉状，水分含量12％，冷水可溶性较好，并可以以干粉形式与颜料共同分散配料。但该论文未提及或者教导具体的生产工艺，且论文中对产品的应用探讨也只在实验室层面，连续化的生产实践没有涉及。专利CN103496151(申请号201310468623.7)公开了一种造纸涂布用纳米淀粉的制备方法。该专利所述方法基本特征是：淀粉原料与助剂的混合分散液通过双螺杆挤压机(十二节筒体)挤压，在第十节筒体处以液体喷枪注入交联剂，物料挤压后通过挤压机出料口，再经干燥、冷却、粉碎后得到涂布纳米淀粉。此专利技术得到的涂布纳米淀粉平均粒径50-250nm，粒径分布均匀，且具有固含量高、黏度低、流动性好、黏结力强、使用方便等特点，可替代30-60％的丁苯胶乳，提高纸张性能，降低成本，利于环保。上述制备纳米淀粉的方法是通过螺旋挤压的方式，挤压过程添加交联剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种造纸涂布用颗粒状超细淀粉胶黏剂的制备方法，通过机械研磨的方法获得超细化的颗粒态淀粉，该颗粒态淀粉可直接与颜料混合分散配料，用于部分替代涂料中的合成胶乳；该技术方法操作简便，所得产品粒径小，所配涂料黏度低、流变性好，适应涂料高固含及高速涂布机的要求。为了实现本目的，采取如下技术方案：(1)以原淀粉或改性淀粉为基料，辅以酶预处理及交联处理，在搅拌条件下，以水或水与乙醇体系为研磨介质，采用研磨机进行机械研磨，得到的超细淀粉颗粒粒度大小可达到100～300nm，然后经浓缩、洗涤、干燥后获得产品。(2)上述所用原料中，原淀粉可以是玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉；改性淀粉可以是酯化淀粉、氧化淀粉、预糊化淀粉。(3)淀粉研磨前先进行适当的酶预处理，可以使淀粉部分断链，对交联和研磨都是有利的。酶预处理条件：温度为30～40℃，pH值6～10，淀粉酶用量0.1％～1％，预处理时间0.5h。(4)交联处理的方法根据交联时间点的不同分为三种：第一种是研磨前交联预处理，一般选在酶处理之后；第二种是研磨1～2h，淀粉已有一定断链，暴露出更多羟基，这时添加交联剂进行交联，然后再继续研磨至目标颗粒大小；第三种是研磨达到粒度要求后再进行交联。(5)机械研磨所用介质有两种选择：水体系或水与乙醇混合体系；当研磨介质为水时，淀粉分散液固含10～15％；当研磨介质为水与乙醇混合体系时，淀粉分散液固含可达15～20％。(6)用研磨机对淀粉进行机械研磨，研磨机涡轮盘线速度4～16m/s，研磨压力0.1～0.4bar，温度10～20℃，筛网网孔0.13mm或0.4mm，研磨珠直径0.1～1.2mm。(7)研磨不同时间点的交联处理所用的交联剂有酯化反应类和醚化反应类交联剂。(8)淀粉研磨达到超细颗粒大小要求所需研磨时间为2～5h；以原淀粉为原料时，研磨时间相对较长；相反，以改性淀粉为原料时，研磨时间相对较短。(9)研磨后所得产品的浓缩、洗涤采用高速旋转离心机进行，转速3500～4000r/min，时间10～20min；产品的干燥在烘箱中进行，温度45～50℃，时间3～6h。本专利技术以研磨法制备的超细淀粉颗粒与颜料混合分散配料，部分替代合成胶乳，可以达到较好的应用性能。如涂料保水性好、黏度低，涂布纸性能如光学性能保持良好、强度性能稳定。这种以超细淀粉颗粒部分替代石化胶乳的应用既可缓解资源紧缺的压力，又可降低涂料成本；同时，超细淀粉颗粒的开发及应用适应了低碳经济的发展理念，有着很大的发展前景。具体实施方式现结合实施例对本专利技术作进一步描述，但是不以实施例为限。实施例1首先对玉米原淀粉进行交联预处理。称取一定量淀粉，加入水中制成40％的分散液，水中事先加入3％(相对淀粉绝干量)的无水Na2CO3作保护剂，同时添加一定量NaOH调节分散液pH在10～11之间，加入5％(相对淀粉绝干量)的交联剂，在50℃恒温水浴锅中连续搅拌反应3h，反应结束中和并抽滤、洗涤，最后粉碎滤饼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，以原淀粉或改性淀粉为基料，辅以酶预处理及交联处理，在搅拌条件下，以水或水与乙醇体系为研磨介质，采用研磨机进行机械研磨，所得超细淀粉颗粒的粒度大小可达到100～300nm，经浓缩、洗涤、干燥得到产品。

【技术特征摘要】
1.一种造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，以原淀粉或改性淀粉为基料，辅以酶预处理及交联处理，在搅拌条件下，以水或水与乙醇体系为研磨介质，采用研磨机进行机械研磨，所得超细淀粉颗粒的粒度大小可达到100～300nm，经浓缩、洗涤、干燥得到产品。2.根据权利要求1所述的造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，原淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉；改性淀粉包括酯化淀粉、氧化淀粉、预糊化淀粉。3.根据权利要求1所述的造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，酶预处理温度为30～40℃，pH值6～10，淀粉酶用量0.1％～1％，预处理时间0.5h。4.根据权利要求1所述的造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，交联处理的方法由选择交联的时间点不同分为三种，分别为研磨前交联预处理、研磨过程中交联处理以及研磨达到粒度要求后再交联处理。5.根据权利要求1所述的造纸涂布用超细淀粉颗粒的制备方法，其特征在于，研...

【专利技术属性】
技术研发人员：王加福，王比松，刘金刚，杜艳芬，
申请(专利权)人：中国制浆造纸研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11