用于造纸的表面施胶剂和改善纸张强度的造纸方法技术

本发明专利技术涉及一种用于造纸的表面施胶剂和改善纸张强度的造纸方法，所述表面施胶剂的活性成分由淀粉和稻壳粉配制而成，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为99.5％～30％：0.5％～70％。造纸方法为：制备淀粉溶液和稻壳粉分散液；将所述稻壳粉分散液和所述淀粉溶液混合，进行反应，得表面施胶溶液；所述表面施胶溶液中活性成分的浓度为5‑40wt％；所述活性成分为稻壳粉和淀粉，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为99.5％～30％：0.5％～70％；将表面施胶溶液施加到未施胶的原纸表面，得施胶纸页，烘干，即可。将本发明专利技术所述表面施胶剂用于造纸，制得的纸张强度得到显著提高，同时还可显著降低制成品回收时的COD。

Surface sizing agent for papermaking and papermaking methods for improving paper strength

The invention relates to a surface sizing agent for paper making and a paper making method for improving paper strength. The active ingredient of the surface sizing agent is prepared from starch and rice husk powder. The weight percentage of the starch and rice husk powder is 99.5%-30%:0.5%-70%. The paper-making method is as follows: preparing starch solution and rice husk powder dispersion solution; mixing the rice husk powder dispersion solution with the starch solution and reacting to obtain a surface sizing solution; the concentration of active ingredients in the surface sizing solution is 5 40wt%; the active ingredients are rice husk powder and starch, the weight percentage of the starch and rice husk powder is 99.5%-30%:0.5%-70%; When the surface sizing solution is applied to the surface of unsized paper, the sizing paper sheet can be dried. The surface sizing agent of the invention is used in papermaking, and the strength of the prepared paper is remarkably improved, and the COD of the finished product recovery is remarkably reduced.

【技术实现步骤摘要】
用于造纸的表面施胶剂和改善纸张强度的造纸方法
本专利技术涉及造纸领域，特别是涉及一种用于造纸的表面施胶剂和一种改善纸张强度的造纸方法。
技术介绍
箱板纸和瓦楞纸主要应用于包装行业，是中国消费量最大的两类纸品。2016年中国1.1亿吨的纸及纸板产量中，箱板纸和瓦楞纸占总比重在45％。由于纸浆原料短缺，中国生产箱板纸和瓦楞原纸的企业大都采用废旧纸箱进行生产，然而中国这种多次重复利用的废纸品原料所生产的纸张强度低，质量差。为了满足用户对纸张强度和其他性能的需求，一般造纸企业采用表面施胶，以提高纸和纸板的各种性能指标，包括纸张强度如耐破度、环压强度、抗张强度、耐折度等。表面施胶是在纸或纸板的两面，以含一种或多种表面施胶剂的水分散液，在特定的设备中进行施胶的一种方法。表面施胶剂大多数是由对水有抵抗性的疏水基和对浆有亲和性的亲水基构成。疏水基有苯乙烯、烯烃、醋基等；亲水基有含有羧基(阴离子性)的马来酸、丙烯酸等以及含有氨基(阳离子性)的二甲基氨基丙烯酸醋等。当他们涂于纸张表面时，一部分表面施胶液将渗透在纸层中，填充纸页中的空隙；另一部分将留在纸页表面。在干燥过程中，由于聚合物的玻璃化温度低于环境温度，聚合物表现为热塑性。这样，聚合物粒子会在纤维表面伸展。此时，表面施胶剂中的阴离子集团(-COOR)被纸层内的硫酸铝或是阳离子性聚合物带有阳离子性活化了的部位吸附，而形成一层连续的膜，因而表现出施胶性。另外，表面施胶可以改善纸张的表面强度，内部结合程度，IGT拉毛速度、减少透气度、增加挺度、平滑度、改进印刷性，以及提高纸的耐脂、耐油性能等。表面施胶的亲水基材料目前一般造纸企业主要采用淀粉，用量在20-80公斤/吨纸。由于造纸用的淀粉的来源主要是粮食作物，比如玉米、小麦、薯类等作物，是人们赖以生存的粮食和生活必需品，而中国是众所周知的粮食大国，也是缺粮国，造纸消耗大量淀粉对中国粮食安全带来隐患。中国商务部的数据显示，中国粮食进口2012年全年超过了7000万吨，其中，淀粉谷物(玉米，小麦和大米)净进口1320万吨，有关研究显示这种增长趋势将会持续。中国农业部预测，到2020年，中国的粮食产量缺口将加大到1亿吨以上。根据英国《经济学人》智库发布的《2013年世界粮食安全指数报告》，西方国家占领了全球粮食安全系数排行榜第一梯队，中国则位列第42位，甚至连粮食严重依赖进口的日本(18位)和韩国(24位)，也大大领先于中国的粮食安全。按照箱板纸/瓦楞纸生产需平均50公斤/吨纸和全国箱板纸和瓦楞纸每年近5000万吨产量计，中国造纸工业每年所消耗的淀粉达到250万吨。很明显，造纸使用大量的淀粉给中国粮食安全增加负担。此外，当废旧纸箱(OCC)被回收应用时，淀粉在制浆过程中大部分被溶解或分散在水中而流失，导致废水的高COD浓度，根据国内典型的OCC纸厂生产数据估计：废水COD的30-50％来自于淀粉。赋予纸张表面抗水性的表胶剂随着淀粉的溶解或分散而进入白水中，除了增加COD负荷外，这些合成化学物质在废水处理时不易降解，增加废水处理的难度和成本。可见，淀粉的大量使用对造纸工业的环保带来了极大的负面影响。因此，整个造纸工业一直在寻找一种比淀粉更经济有效的“淀粉替代剂”，例如，早在1994年,美国专利US5362573公开了一项使用锆、铪和钛的金属盐类物质与淀粉表胶溶液反应，以提高表胶的抗水性和表面强度，但该技术的成本较高。美国专利申请US20030037894公开了使用改性多糖(modifiedpolysaccharide)来替代淀粉改善表面施胶的方法，包括纤维素、瓜尔胶、聚壳糖等。该方法同样有成本高的缺陷。中国专利技术专利申请CN103388286A描述了一种用无机矿纤环压增强的表面施胶剂，所述施胶剂由表面施胶淀粉和无机矿纤组成，所述无机矿纤为复合矿纤、改性硅灰石、硅灰石中的一种，包括硅灰石纤维、海泡石纤维、和凹凸棒粘土。中国专利技术专利申请CN103374857A公开了使用由水合铝硅酸盐构成的矿物(粒径控制在小于1μm)、滑石粉和碳酸钙等矿物替代部分淀粉。彭鹏杰等人(Pengetal(2011),Water-GlassStarchforLinerboard,《BioResources》6:4158-4167)发现表胶中添加水玻璃可显著提高纸张环压指数，因而替代部分淀粉作为表胶助剂；但是，该研究也表明添加水玻璃后对纸张的耐破度有严重的负面作用。中国专利申请CN201210594688.1描述了使用硫酸亚铁、组合聚合物和淀粉交联剂能够替代部分淀粉并能提升纸页的品质，可根据不同纸页要求，在糊化工艺中能替代15-30％的淀粉，较传统的表面施胶增强剂不仅在抗水性能上有了大幅度提升，同时在纸页环压指标上均有明显提升，具有一定的防止纸页返潮变型的问题。但是，迄今还没有找到一种既经济又有效的材料部分甚至完全替代淀粉作为表面施胶剂应用，该表面施胶剂应比淀粉有更显著的增强效果，还应具有更高的抗水性。开发这种新技术将对中国造纸工业的可持续性发展具有十分重大的意义，而且能为中国的粮食安全保障作出积极的贡献。我国是一个农业大国，每年生产数亿吨的粮食，更是世界上最大的水稻种植国家，据国家统计局公布的资料，2016年我国稻谷总产量为2.07亿吨(http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201612/t20161208_1439012.html)。按照刘天福主编的《技术经济手册(农业卷)》推算，稻谷平均出壳率为19％～23％，全国的稻壳年产量超过2000万吨。目前，稻壳主要作为农产品副产品被烧掉。近年来，国内对稻壳的利用开展了大量的研究，迄今这些研究方向可以分为大致四个方向，即稻壳纤维素/半纤维素的利用、稻壳硅的利用、稻壳碳的利用、和稻壳整体利用。稻壳纤维素的利用包括：(1)用稻壳生产木糖和木糖醇，(2)用稻壳生产糠醒和糠醇，(3)用稻壳生产饲料，但是稻壳所含营养物质很少，而且稻壳硬度高，不宜直接作为饲料，需要加工处理，使纤维软化或酵解，制成粗饲料。稻壳中硅的利用与开发主要是根据稻壳中约含10～21％的二氧化硅(SiO2)，且是无定型结构。目前稻壳硅的利用主要是将其制成各种含硅产品，如水玻璃、白炭黑、稻壳水泥、高纯纳米二氧化硅、高温耐火材料等，也可制备硅溶胶和高纯度硅等产品。稻壳的碳利用主要是用稻壳制备高容量锂离子电池的含硅炭材料、活性炭吸附剂和碳化硅特种材料。稻壳的整体利用之一是用稻壳制作压缩燃料块。稻壳的堆积密度小，一般为100-140kg/m3，如果加入粘接剂或助燃剂，通过压缩成型制成燃料块，这种压缩燃料块火力强，发热时间长，可极大提高稻壳的燃烧效率。另一个应用是用稻壳气化发电和稻壳蒸汽发电：稻壳气化发电是指稻壳在气化炉中气化生成可燃气体，经过净化，供给内燃机或小型燃气轮机带动发电机发电；稻壳蒸汽发电是以稻壳为燃料，在蒸汽锅炉内将稻壳充分燃烧产生高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。但是，稻壳的可燃成分只有70％左右，燃烧热值12～17MJ/kg，仅仅约为标准煤(30MJ/kg)的一半，即2kg稻壳相当于1kg标准煤的发热量。很显然，这是一种低价值的应用。对稻壳整体利用研究比较多的是聚合物基/稻壳粉复合材料，即采用稻壳粉作为增强材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述表面施胶剂的活性成分由淀粉和稻壳粉制备而成，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为99.5％～30％：0.5％～70％。

【技术特征摘要】
1.一种用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述表面施胶剂的活性成分由淀粉和稻壳粉制备而成，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为99.5％～30％：0.5％～70％。2.根据权利要求1所述的用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为95％～40％：5％～60％。3.根据权利要求2所述的用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述淀粉和稻壳粉的重量百分比为90％～50％：10％～50％。4.根据权利要求1-3任一项所述的用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述稻壳粉的粒径为0.2～300μm。5.根据权利要求1-3任一项所述的用于造纸的表面施胶剂，其特征在于，所述淀粉为玉米淀粉和/或木薯淀粉。6.一种改善纸张强度的造纸方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备淀粉溶液；(2)制备稻壳粉分散液；(3)将所述稻壳粉分散液和所述淀粉溶液混合，得混合溶液，将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥槐，胡维维，张福山，
申请(专利权)人：瑞辰星生物技术广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44