利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，⑴剩余活性污泥经碱法提取获得的污泥蛋白提取液，经醇析得到的污泥提取蛋白；以此污泥提取蛋白为原料经改性后制备纸张涂布胶黏剂；⑵醇析得到的污泥提取蛋白经羧甲基化改性，获得提高污泥提取蛋白的溶解性和亲水性能；⑶羧甲基化改性污泥提取蛋白经RATF技术进行接枝改性，制备改性污泥蛋白基纸张涂布胶黏剂，提高改性蛋白的成膜性和抗水性能，用于部分替代丁苯胶乳/苯丙胶乳用于纸张涂布加工。

Preparation of Paper Coating Adhesive by Extracting Protein from Surplus Sludge and Its Preparation Method

The invention relates to a method for preparing paper coating adhesive by extracting protein from excess sludge. _The sludge protein extract liquid obtained by alkali extraction of excess activated sludge and the sludge protein extracted by alcoholization are used as raw materials to prepare paper coating adhesive after modification; _The sludge extract protein obtained by alcoholization is modified by carboxymethylation to obtain improved sludge. Solubility and hydrophilicity of the extracted protein; _Carboxymethylated sludge extract protein was grafted by RATF technology to prepare modified sludge protein-based paper coating adhesive, which could improve the film-forming and water resistance of the modified protein and partly replace styrene-butadiene latex/styrene-acrylic latex for paper coating.

【技术实现步骤摘要】
利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂及其制备方法
本专利技术属于涂布加工纸涂布助剂领域，尤其是一种利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法。
技术介绍
制浆造纸工业是我国传统加工行业，目前我国纸张产量已经超过了1亿吨，占世界总量的1/4以上，是世界第一生产和消费大国。另外，随着人们生活水平的不断提高，人们对涂布纸的需求不断增加，因此对涂布胶黏剂的需求也逐年上升。目前市场上使用的涂布胶黏剂主要为合成胶乳类胶黏剂，如丁苯胶乳、苯丙胶乳等，另有少量生物胶乳如淀粉、蛋白质等在少量应用。合成胶乳不仅价格相对偏高，还不利于废纸的再生回用。合成胶乳在再生制浆过程中会造成障碍，再生回用困难。根据制浆造纸行业发展规划，未来造纸化学品发展趋势主要体现在绿色、功能性上，特别是以生物质为主要原料的绿色化学品是今后发展的重点。绿色涂布胶黏剂产品的主要特征是有利于废纸的再生回用，是造纸工业走循环经济发展道路的关键。以蛋白、淀粉为主的生物质基涂布胶黏剂是胶黏剂的发展方向。作为一种传统的涂布胶黏剂材料，蛋白类涂布胶黏剂粘结性好，属可再生生物资源，且有利于废纸的再生回用，曾经是主流涂布胶黏剂，主要为大豆蛋白和酪蛋白胶黏剂，但其来源受限，成本较高，抗水性差，生物稳定性不好，泡沫控制困难，同时存在与人畜争夺蛋白资源的问题，逐步被性能更稳定的化石合成助剂所替代。城镇化作为一种改善人民居住条件的途径，在一段时间内是我国一个主要发展趋势。生活废水生物处理会产生大量生物剩余污泥，其中菌体蛋白含量可达40％-50％，是一个巨大的可再生蛋白资源。利用污泥蛋白开发绿色生物质基造纸化学品符合目前行业发展需求，还可以解决剩余污泥提取蛋白出路问题，变废为宝，且不存在与人畜争夺蛋白资源问题，可谓一举多得。通过对蛋白质进行改性处理是提高蛋白基纸张涂布胶黏剂性能的主要手段，近年来是人们研究和开发的热点。各种针对植物提取蛋白如大豆提取蛋白、谷朊蛋白等研究较多，常用的改性方法有羧甲基化、阳离子化及接枝改性等，旨在提高蛋白类胶黏剂的抗水性能、生物稳定性及纸张表面强度、平滑度等指标。剩余生物污泥提取蛋白成分复杂，蛋白分子在5000至60000道尔顿，蛋白来源于多种混合微生物菌群，组成差异较大，且提取过程中蛋白分子变性严重，疏水基团外漏，亲水性差，反应效率和效果都很难保证。针对生物污泥提取蛋白这些特性，本专利技术提供一种分步改性，利用生物污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，污泥碱法提取蛋白液经醇沉淀得到污泥提取蛋白，然后进行羧甲基化改性，提高污泥蛋白的亲水性能，再通过RATF技术进行接枝反应，改善改性蛋白的成膜性和抗水性，得到改性剩余污泥蛋白基纸张涂布胶黏剂，用于部分替代丁苯胶乳/苯丙胶乳用于纸张涂布加工。本专利技术实现目的的技术方案如下：一种纸张涂布胶黏剂改性蛋白原料，污泥来源蛋白经过羧甲基化改性后再经RATF方法进行接枝改性，获得胶黏剂改性蛋白原料。一种利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，步骤如下⑴剩余活性污泥经碱法提取获得的污泥蛋白提取液，经醇析得到的污泥提取蛋白；以此污泥提取蛋白为原料经改性后制备纸张涂布胶黏剂；⑵醇析得到的污泥提取蛋白经羧甲基化改性，获得提高污泥提取蛋白的溶解性和亲水性能；⑶羧甲基化改性污泥提取蛋白经RATF技术进行接枝改性，制备改性污泥蛋白基纸张涂布胶黏剂，提高改性蛋白的成膜性和抗水性能。而且，其生物污泥蛋白提取液为城市污水处理厂剩余污泥经碱法提取获得的剩余蛋白提取液，蛋白含量在30％-35％，固含量为40-45％。而且，污泥蛋白提取液首先加热到60-75℃，然后按污泥蛋白提取液：乙醇体积比为1：1-1.5的比例加入95％乙醇溶液，搅拌15min，离心分离，取固体物质60℃真空干燥、粉碎，获得污泥提取蛋白。而且，取适量依据权利要求3所制得的污泥提取蛋白，加水配制成10％-25％的悬浊液，搅拌，用碱调pH值至7.5-8.0，然后升温至50-75℃，采用滴加方式加入污泥提取蛋白质量的1.2倍的氯乙酸，30min内滴加完毕，搅拌反应1.0小时，反应结束后升温至80℃，然后加入反应液体积比2倍的95％乙醇，离心分离沉淀，60℃真空干燥、粉碎，获得氯乙酸改性污泥提取蛋白。此时改性蛋白取代度可达0.25以上。调节pH所用碱可采用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化镁的一种或两种组合，优选碳酸钠和氢氧化镁组合，二者质量比为5:0.5-1.0。而且，取适量单体，加入相对于单体质量比0.25％-1.0％的二硫代苯甲酸-2-氰基异丙酯(RATF)和0.01％-0.025％的偶氮二异丁腈，60℃通氮保护反应20-60min；然后加入单体质量比0.5％-2.0％的乳化剂和适量水，快速搅拌10分钟，加入按权利要求4中方法所制得的氯乙酸改性污泥提取蛋白，加入量为：改性蛋白与单体质量比为1:1-1.2，此时溶液浓度为10％-25％，65℃反应60-120min，制得改性剩余污泥提取蛋白纸张涂布胶黏剂。所用单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、马来酸酐、苯乙烯、丙烯酸一种或两种组合；所用乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、吐温60一种或两种组合，进一步优选十二烷基苯磺酸钠。而且，制得的改性剩余污泥提取蛋白纸张涂布胶黏剂按照1-2:11-10份比例，与苯丙胶乳、丁苯胶乳等合成胶黏剂混合使用，可改善涂料流体性能和纸张平滑度。本专利技术取得的优点和有益效果是：1、本专利技术利用污泥蛋白为原料，开发绿色生物质基造纸化学品，符合目前行业发展需求。与此同时，还可以解决剩余污泥提取蛋白出路问题，变废为宝，且污泥蛋白资源可再生，来源相对集中稳定，收集容易，一举多得。2、本专利技术将经改性后剩余污泥提取蛋白作为涂布胶黏剂，用于部分替代化石合成胶黏剂如丁苯胶乳、苯丙胶乳，涂布胶黏剂成膜性和抗水性得到有效提升；胶体流变性能得到了改善。3、本专利技术利用污泥蛋白为原料经过第一次羧基化改性后，改善了现有污泥中微生物蛋白含量高，溶水性差的问题，经过第二次接枝改性，采用链转移的方式改善了蛋白的抗水性，提高蛋白的溶解度，使其成为能够真正应用的蛋白。4、本专利技术在改性污泥提取蛋白用量为2份，苯丙胶乳用量为10份情况下，涂布纸干拉毛速度较12份苯丙胶乳胶黏剂提高5％-15％；纵横向抗张强度提高3％-12％；涂布纸平滑度较好，PPS粗糙度最小，涂层热稳定性好。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。本专利技术使用的原料为城市污水处理厂剩余活性污泥，经碱法提取获得的污泥蛋白提取液，提取液蛋白含量在30％-35％，固含量在40-45％。蛋白提取液中除含有蛋白质外，还有少量多糖及提取过程中带入无机盐。由于蛋白提取液色度深，杂质含量高，因此需要进一步提纯。提纯采用醇析方法，通过醇析获得固体的污泥提取蛋白；以此提取蛋白为原料经改性制备涂布胶黏剂；醇沉过程为：污泥蛋白提取液首先加热到60-75℃，然后按污泥蛋白提取液：乙醇体积比为1：1-1.5的95％乙醇溶液，搅拌15min，离心分离，取固体物质60℃真空干燥、粉碎，获得污泥提取蛋白。醇析得到的污泥提取蛋白由于在碱提取过程中受到剧烈处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纸张涂布胶黏剂改性蛋白原料，其特征在于：污泥来源蛋白经过羧甲基化改性后再经RATF方法进行接枝改性，获得胶黏剂改性蛋白原料。

【技术特征摘要】
1.一种纸张涂布胶黏剂改性蛋白原料，其特征在于：污泥来源蛋白经过羧甲基化改性后再经RATF方法进行接枝改性，获得胶黏剂改性蛋白原料。2.一种利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，其特征在于：步骤如下：⑴剩余活性污泥经碱法提取获得的污泥蛋白提取液，经醇析得到的污泥提取蛋白；⑵醇析得到的污泥提取蛋白经羧甲基化改性，获得羧甲基化改性污泥提取蛋白，羧甲基化改性提高污泥提取蛋白的溶解性和亲水性能；⑶羧甲基化改性污泥提取蛋白经RATF方法进行接枝改性，制备改性污泥蛋白基纸张涂布胶黏剂，提高改性蛋白的成膜性和抗水性能。3.根据权利要求2所述的利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，其特征在于：所述步骤⑴获得污泥提取蛋白的蛋白含量在30％-35％，固含量为40-45％。4.根据权利要求2所述的利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，其特征在于：所述步骤⑴中污泥蛋白提取液首先加热到60-75℃，然后按污泥蛋白提取液：乙醇体积比为1：1-1.5的比例加入95％乙醇溶液，搅拌15min，离心分离，取固体物质60℃真空干燥、粉碎，获得污泥提取蛋白。5.根据权利要求2所述的利用剩余污泥提取蛋白制备纸张涂布胶黏剂方法，其特征在于：所述步骤⑵羧甲基化改性的方法为：取污泥提取蛋白，加水配制成10％-25％的悬浊液，搅拌，用碱调pH值至7.5-8.0，然后升温至50-75℃，采用滴加方式加入污泥提取蛋白质量的1-2倍的氯乙酸，30min内滴加完毕，搅拌反应1.0小时，反应结束后升温至80℃，然后加入反应液体积比1-5倍的95％乙醇，离心分离沉淀，真空干燥、粉碎，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘廷志，孔话峥，赵梦醒，王燕燕，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12