一种纸张表面施胶增强添加剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纸张添加剂领域，公开了一种纸张表面施胶增强添加剂及其制备方法，该纸张表面施胶增强添加剂包括改性细菌纤维素、淀粉和水；其中淀粉的浓度为5‑15wt%，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.05~5.0%。本发明专利技术中的改性细菌纤维素不仅具有独特的织态结构，而且还含有大量的羟基，可明显增强纸张的内结合强度和表面强度，有效减轻掉毛掉粉现象。将本发明专利技术制备的改性细菌纤维素与淀粉复配后作为表面施胶增强添加剂，施胶效果优异，施胶后的纸张不易受潮，与淀粉复配应用时，对施胶液粘度影响小，可在极少用量的条件下大幅提高纸张的强度性能；且绿色环保、生物相容性好，是环境友好型生物材料。

Paper surface sizing reinforcing additive and preparation method thereof

The invention relates to the field of paper additives, and discloses a paper surface sizing and reinforcing additive and a preparation method thereof. The paper surface sizing and reinforcing additive includes modified bacterial cellulose, starch and water, in which the concentration of starch is 5.15wt%, and the quality of modified bacterial cellulose is 0.05-5.0% of the starch absolute quality. The modified bacterial cellulose in the invention not only has a unique texture structure, but also contains a large number of hydroxyl groups, which can obviously enhance the paper internal bond strength and surface strength, and effectively reduce the phenomenon of hair loss and powder loss. The modified bacterial cellulose prepared by the present invention is used as a surface sizing strengthening additive after compounding with starch. The sizing effect is excellent, the paper after sizing is not easy to be damped. When compounding with starch, the influence on the viscosity of the sizing solution is small, and the strength performance of the paper can be greatly improved under the condition of minimal dosage. Good compatibility and environment-friendly biomaterials.

【技术实现步骤摘要】
一种纸张表面施胶增强添加剂及其制备方法
本专利技术涉及纸张添加剂领域，尤其涉及一种纸张表面施胶增强添加剂及其制备方法。
技术介绍
表面施胶是指将具有成膜或憎水等性能的生物或化学物质(即施胶剂)施涂于纸张表面，以达到改善纸张的表面性能、机械性能、阻隔性能等目的的过程。一般来讲，表面施胶实施过程中，一部分施胶剂渗入纸页内部，一部分施胶剂在纸张表面形成连续的薄膜。长期以来，价格低廉的淀粉一直占据表面施胶剂的首要位置。然而，单独使用淀粉类表面施胶剂往往无法满足成纸对表面强度的要求，因此，在实际生产中经常将淀粉与合成类表面施胶添加剂配合使用，以达到更良的施胶或表面增强效果。目前，常配合淀粉使用的表面增强添加剂主要有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等，表面施胶添加剂则有苯丙胶乳、聚氨酯等。然而这些添加剂均为合成类高分子聚合物，降解后产生的低聚物或单体对生态环境具有不良影响。因此，有必要采用天然生物材料为基材，研发出综合性能更佳的表面施胶增强剂或表面施胶添加剂。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种纸张表面施胶增强添加剂及其制备方法。本专利技术利用酸酐的高活性，在碱性条件下，酸酐与细菌纤维素上的亲水性羟基发生酯化反应，引入疏水基团，从而封闭细菌纤维素的部分羟基，得到改性细菌纤维素。再将其与淀粉复配后作为纸张表面施胶增强添加剂，能够有效提高纸张的印刷适性和强度性能。本专利技术的具体技术方案为：一种纸张表面施胶增强添加剂，包括改性细菌纤维素、淀粉和水；其中淀粉的浓度为5-15wt％，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.05～5.0％。细菌纤维素作为天然有机高分子化合物，具有纳米级、高纯度、生物可降解、独特的三维网络织态结构、以及较强的抗拉和抗撕裂特性。其分子链上含有大量的羟基可与植物纤维形成氢键结合，本专利技术将其运用到纸张表面施胶，对纸张能够产生良好的增强效果。但同样由于其含有的大量羟基，也会导致其具有过强的吸水和保水能力，若将其施胶应用到纸张表面，会导致纸张容易吸湿返潮，从而降低纸张强度。因此，需对其进行进一步改性处理，以适当程度削弱细菌纤维素的亲水性。作为优选，淀粉的浓度为8-12wt％，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.5～2.5％。一种纸张表面施胶增强添加剂的制备方法，包括以下步骤：1)将细菌纤维素经分离、NaOH溶液浸煮清洗、去离子水冲洗至中性，得到纯净的细菌纤维素。经过NaOH溶液的碱化处理后，能够有效去除细菌纤维素表面的杂质，使得纤维素分子链上活性基团得以暴露并对其进行激发活化。2)将细菌纤维素配制成细菌纤维素悬浮液，分散处理。3)取细菌纤维素悬浮液，置于水浴中，滴加酸酐，在滴加过程中，边搅拌边调整体系为碱性，反应后得到改性细菌纤维素。4)取改性细菌纤维素与淀粉按配比复配成悬浮液，搅拌升温，保温至体系透明，接着搅拌冷却至室温，得到纸张表面施胶增强添加剂。本专利技术选用反应活性较好的酸酐对细菌纤维素进行改性，能够在一定程度上改善细菌纤维素易吸湿返潮带来的纸张强度下降的问题。且所得的改性细菌纤维素，由于其表面的部分羟基成功被乙酰基取代，分子之间的氢键作用力减小，液体在流动时需克服的阻力变小，因此其对表面施胶增强添加剂的粘度影响较小，故改性纤维素与淀粉复配后所得的表面施胶增强添加剂在纸张中的渗透作用能保持较好的状态，可在较少的用量条件下大幅提高纸张的印刷适性和强度性能。作为优选，步骤1)中，所述细菌纤维素的制备方法为：a)活化：将木醋杆菌接种到种子培养基中，在恒温摇床中恒温培养60-78h，温度为25～28℃、转速为100-180rpm。b)发酵：采用动态三段式培养法：第一阶段：取活化好的菌株接入斜面培养基，20～30℃，120-180rpm振荡培养20-28h得到种子液。第二阶段：将种子液按6～15wt％的接种量接种至发酵培养基中并充分震荡，使菌株分离出来并充分分散在发酵培养基中。第三阶段：将第二阶段接种好的发酵培养基放置于摇床平台上，摇床温度为12～30℃，转速130～180rpm，培养5～8天后，得到细菌纤维素。本专利技术针对本专利技术中细菌纤维素的具体应用为作为纸张表面施胶增强添加，有针对性地采用上述动态三段式培养法发酵生产细菌纤维素，所培养得到的细菌纤维素为“雪花状”，即每根长的主纤维素纤维周围附着很多“毛绒状”细小短纤维，这些纤维素纤维的直径和长短均不一样，有利于增强纸张纤维之间的连接，促进网络状联结的形成，提高纸张的强度性能。同时，该方法操作简单，产量较高，能够实现连续生产，适应工业化的生产需求。作为优选，所述种子培养基和发酵培养基组成为：葡萄糖5w/v％，蛋白胨0.5w/v％，柠檬酸0.1w/v％，磷酸氢二钠0.2w/v％，磷酸二氢钾0.1w/v％，酵母膏0.5w/v％。所述斜面培养基的组成为：葡萄糖5w/v％，蛋白胨0.5w/v％，柠檬酸0.1w/v％，琼脂2.0w/v％，碳酸钙0.05w/v％。上述培养基的pH＝6.0±0.2，在121℃、0.1MPa下灭菌30min。作为优选，步骤1)中，所述NaOH溶液的浓度为3-6wt％。煮沸清洗时间为0.5-2h。氢氧化钠能够去除残余培养基和菌体蛋白。作为优选，步骤2)中，分散细菌纤维素的方法是采用高速组织捣碎机和超声波结合的方法；其中，高速组织捣碎机的条件为：细菌纤维素悬浮液浓度为0.05-1.0％，转速10000-15000r/min，分散时间10-40min；超声波处理的条件为：细菌纤维素悬浮液浓度为0.05-0.5％，超声波脉冲量为50-80％，处理时间为3-10min。作为优选，步骤3)中，水浴温度为25-35℃。作为优选，步骤3)中，所述酸酐为醋酸酐，醋酸酐的添加量为细菌纤维素绝干质量的5～20％。所用的酸酐为醋酸酐，反应活性高，酯化改性效率高。作为优选，步骤3)中，所述碱性为pH＝8～12，反应时间为50-70min。作为优选，步骤4)中，升温至85-95℃。作为优选，所述细菌纤维素在步骤1)前经过预处理：将细菌纤维素添加到其6-8倍质量的、含有乳酸菌、光合菌和酵母菌且总菌浓度为0.02-0.03wt％的混合菌液中，加热至30-40℃，发酵1-2天。如前文所述，细菌纤维素分子上含有丰富的羟基，能够产生交联，但是过量的羟基也带来了负面影响，使得纸张易吸湿返潮，从而降低纸张强度。虽然经过酸酐的改性处理后，细菌纤维素的亲水性已将降低，但是从总体上来说其羟基还是过量的。为此，本专利技术还对其进行了预处理，经过上述混合菌的发酵处理后，经过微生物的作用，能够减少细菌纤维素上的一部分的羟基，以提高其疏水性，最终降低纸张吸湿性。作为优选，所述表面施胶增强剂中还包括0.1-0.3wt％的有机耐水促粘剂，所述有机耐水粘合剂的制备方法如下：将至少含有两个环氧基团的树脂化合物、二酚基丙烷进行混合，接着添加环己酮作为溶剂，添加三苯基丁基溴化膦作为催化剂，加热至130-150℃，反应1-3h，最后经过滤、干燥后制得有机耐水粘合剂；其中至少含有两个环氧基团的树脂化合物中环氧基与二酚基丙烷中酚羟基的摩尔比为1∶1.3-1.5。本专利技术制备的有机耐水促粘剂具有粘合性、耐水性俱佳的特点，能够增强纸张的交联度和耐水性。本专利技术的有机耐水促粘剂在制备过程中含有过量的酚羟基，能够与涂布液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纸张表面施胶增强添加剂，其特征在于：包括改性细菌纤维素、淀粉和水；其中淀粉的浓度为5‑15wt%，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.05~5.0%。

【技术特征摘要】
1.一种纸张表面施胶增强添加剂，其特征在于：包括改性细菌纤维素、淀粉和水；其中淀粉的浓度为5-15wt%，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.05~5.0%。2.如权利要求1所述的一种纸张表面施胶增强添加剂，其特征在于：淀粉的浓度为8-12wt%，改性细菌纤维素的质量为淀粉绝干质量的0.5~2.5%。3.一种如权利要求1所述的纸张表面施胶增强添加剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将细菌纤维素经分离、NaOH溶液浸煮清洗、去离子水冲洗至中性，得到纯净的细菌纤维素；2）将细菌纤维素配制成细菌纤维素悬浮液，分散处理；3）取细菌纤维素悬浮液，置于水浴中，滴加酸酐，在滴加过程中，边搅拌边调整体系为碱性，反应后得到改性细菌纤维素；4）取改性细菌纤维素与淀粉按配比复配成悬浮液，搅拌升温，保温至体系透明，接着搅拌冷却至室温，得到纸张表面施胶增强添加剂。4.如权利要求3所述的纸张表面施胶增强添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述细菌纤维素的制备方法为：a）活化：将木醋杆菌接种到种子培养基中，在恒温摇床中恒温培养60-78h，温度为25~28℃、转速为100-180rpm；b）发酵：采用动态三段式培养法：第一阶段：取活化好的菌株接入斜面培养基，20~30℃，120-180rpm振荡培养20-28h得到种子液；第二阶段：将种子液按6~15wt%的接种量接种至发酵培养基中并充分震荡，使菌株分离出来并充分分散在发酵培养基中；第三阶段：将第二阶段接种好的发酵培养基放置于摇床平台上，摇床温度为12~30℃，转速130~180rpm，培养5~8天后，得到细菌纤维素。5.如权利要求4所述的纸张表面施胶增强添加剂的制备方法，其特征在于：所述种子培养基和发酵培养基组...

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹丹，王立军，姚献平，赵文彦，范俊，
申请(专利权)人：浙江杭化新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33