專利名稱：用于紙張表面施膠的改性淀粉及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于紙張表面施膠的改性淀粉及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)背景
為了賦予紙張表面有好的平滑度和強(qiáng)度，人們往往通過(guò)表面施膠劑改性淀粉的辦法來(lái)解決。通常采用氧化淀粉，但這種淀粉與纖維親和性差，損紙回抄時(shí)，大部分進(jìn)入白水系統(tǒng)，使系統(tǒng)BOD和COD值增加，對(duì)環(huán)保非常有害，同時(shí)影響系統(tǒng)kta電位，進(jìn)而影響紙機(jī)抄造，而寫表面強(qiáng)度不好。由于陽(yáng)離子淀粉與陰離子纖維和填料具有很強(qiáng)的吸附作用，能很好的被纖維留著，并有減少環(huán)境污染。因此國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相研制適用于紙張表面施膠的陽(yáng)離子淀粉，但普通的陽(yáng)離子淀粉由于其年度和穩(wěn)定性等方面的原因，不能直接用于表面施膠， 必須通過(guò)繼續(xù)改性，以控制其粘度并保證其糊液的穩(wěn)定性，降低陽(yáng)離子淀粉的粘度，通常的做法是將淀粉進(jìn)行氧化，而目前普遍使用次氯酸鈉作用氧化劑，但次氯酸鈉的反應(yīng)速度緩慢，在氧化過(guò)程中將造成大量可溶性糖類物質(zhì)的溶出，并產(chǎn)生含氯致癌物質(zhì)，對(duì)生產(chǎn)和環(huán)境都造成很大的影響。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1275991A公開(kāi)了一種“改性淀粉”，其生產(chǎn)路線是氧化-酯化反應(yīng)，酯化反應(yīng)為陰離子反應(yīng)，它能提高淀粉糊液粘度穩(wěn)定性等特性，但是對(duì)纖維親和力差，對(duì)紙廠形成廢水污染。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于紙張表面施膠的改性淀粉及其制備方法和應(yīng)用，以克服已有技術(shù)所存在的不足。
所述的用于紙張表面施膠的改性淀粉表面施膠淀粉的制備方法，包括如下步驟
(1)將水和乳化劑混合，得淀粉乳，各個(gè)組分的重量百分比為
淀粉3O 40%
乳化劑0.02 0.06%
水余量。
攪拌下加入緩溶劑，升溫至45-60°C，加入催化劑調(diào)節(jié)體系的pH為11 12 ；
所述的淀粉為玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉及馬鈴薯淀粉中的一種；
所述乳化劑選自十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨，加入量為淀粉重量的4-10% ；
所述的緩溶劑為硫酸鈉、氯化鈉、硫酸鉀等中的一種，加入量為淀粉重量的 5-10% ；
所述的催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨中的一種；
(2)加入陽(yáng)離子醚化劑與水配制的水溶液，反應(yīng)5 7小時(shí)，冷卻，用中和劑調(diào)體系 PH至6. 5-9. 0，得陽(yáng)離子淀粉，測(cè)得取代度為0. 02-0. 05 ；
所述陽(yáng)離子醚化劑為三乙胺與環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物；
陽(yáng)離子醚化劑水溶液的重量濃度為30 50%，陽(yáng)離子醚化劑的用量為淀粉重量的5 10% ；所述的中和劑為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的一種或兩種；(3)加入粘度穩(wěn)定劑，攪拌分散，然后收集固體產(chǎn)物，即為所述的用于紙張表面施膠的改性淀粉；所述的粘度穩(wěn)定劑為醋酸乙烯酯、琥珀酸酐、二羧酸半酐、三聚磷酸鈉中的一種或兩種混合物，加入量為淀粉重量的2-5% ；所述陽(yáng)離子醚化劑的制備方法，包括如下步驟將三乙胺加入重量濃度為30 36. 5%的鹽酸水溶液至溶液的pH為6. 5 7. 5， 優(yōu)選7，然后滴加環(huán)氧氯丙烷，滴加時(shí)間為0. 5 1. 5小時(shí)，反應(yīng)2. 5 3. 5小時(shí)，然后從反應(yīng)產(chǎn)物中收集陽(yáng)離子醚化劑；三乙胺和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1 1;所述的收集采用本領(lǐng)域常規(guī)方法，例如采用減壓濃縮后用丙酮洗滌；本發(fā)明的基本原理是利用淀粉分子中的陽(yáng)電荷取代基吸附紙漿纖維，使得在造紙損紙回用時(shí)，淀粉仍然吸附在纖維上，從而增加紙張強(qiáng)度，消除表面施膠淀粉對(duì)廢水處理的影響，利用粘度穩(wěn)定劑進(jìn)行粘度控制，使得淀粉可以在較高濃度下使用，從而進(jìn)一步提高紙張的表面強(qiáng)度和平滑度等指標(biāo)。本發(fā)明淀粉與帶陰電性的纖維結(jié)合良好，大大減少紙廠污染的表面施膠淀粉的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，同時(shí)不會(huì)生成有害副產(chǎn)物，減少了環(huán)境危害，更重要的是粘度穩(wěn)定，表面性能優(yōu)異，使紙張彩印色彩更鮮艷，且大大增加與紙張的親和力，損紙回用幾乎100%保留在纖維上。本發(fā)明產(chǎn)品能有效的提高紙張表面強(qiáng)度，同時(shí)減少漿內(nèi)助留、助濾劑和廢水絮凝劑的用量。本發(fā)明產(chǎn)品分子中同時(shí)具有陽(yáng)離子取代基和穩(wěn)定基團(tuán)。應(yīng)用時(shí)需先用水浸泡 15min-30min，在90-95°C保溫10-15min ；本發(fā)明產(chǎn)品能被紙纖維靜電吸附，有效的提高紙張表面強(qiáng)度、印刷適性和鮮艷度，減小漿內(nèi)助留、助濾劑和廢水絮凝劑的用量，還具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，留著率高等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)醚化劑的制備在IOOOml的四口燒瓶中加入Mml (0. 8mol)的濃鹽酸，用50ml去離子水稀釋，常溫下加入80.8g(0.8mol)的三乙胺，調(diào)pH值至中性。滴加74g(0. 8mol)的環(huán)氧氯丙烷，約1 小時(shí)滴加完畢。繼續(xù)攪拌3個(gè)小時(shí)，反應(yīng)完畢后生成無(wú)色透明液體。無(wú)分層現(xiàn)象。減壓濃縮后，有白色晶體析出。用丙酮洗滌，干燥后，獲得醚化劑，為3-氯-2-羥丙基三乙基氯化銨，稱重為M4g，產(chǎn)率為83. 7%0(2)陽(yáng)離子淀粉的制備在裝有冷凝管、攪拌、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入185g去離子水和4g十六烷基三甲基氯化銨，攪拌10分鐘后，加入IOOg玉米淀粉，得35%的淀粉乳，在攪拌下加入緩溶劑無(wú)水硫酸鈉5g ；繼續(xù)攪拌10分鐘后，加熱升溫至45°C，加入(催化劑)重量濃度為32%的氫氧化鈉溶液至溶液的PH值為11. 2，另一燒杯加入IOg去離子水溶解5g步驟(1)獲得的3-氯-2-羥丙基-三乙基氯化銨，然后加入到淀粉乳中，反應(yīng)6個(gè)小時(shí)后，冷卻至30°C，用中和劑鹽酸調(diào)體系PH至為6. 5 ；的陽(yáng)離子淀粉，測(cè)得取代度為0. 0225 ；(3)在體系中加入粘度穩(wěn)定劑醋酸乙烯酯2g，繼續(xù)攪拌3個(gè)小時(shí)，過(guò)濾，用95%的食品級(jí)酒精洗滌三次，烘干，過(guò)篩得本發(fā)明產(chǎn)品。實(shí)施例2(1)醚化劑制備同實(shí)施例1(2)在裝有冷凝管、攪拌、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入150g去離子水和IOg十八烷基三甲基氯化銨，攪拌10分鐘后，加入IOOg玉米淀粉，得40 %的淀粉乳，在攪拌下加入緩溶劑氯化鈉8g，繼續(xù)攪拌10分鐘后，加熱升溫至50°C，加入催化劑，重量濃度為32%的氫氧化鈉溶液至溶液的PH值為12. 0，另一燒杯加入IOg水溶解7g醚化劑3-氯-2-羥丙基-三乙基氯化銨，然后加入到淀粉乳中，反應(yīng)5個(gè)小時(shí)后，冷卻至30°C，用中和劑磷酸調(diào)體系pH至為7. 5 ；的陽(yáng)離子淀粉，測(cè)得取代度為0. 04。(3)在體系中加入粘度穩(wěn)定劑琥珀酸酐3g，繼續(xù)攪拌3個(gè)小時(shí)，過(guò)濾，用95%的食品級(jí)酒精洗滌三次，烘干，過(guò)篩得本發(fā)明產(chǎn)品。實(shí)施例3(1)醚化劑的制備同實(shí)施例1(2)在裝有冷凝管、攪拌、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入150g去離子水和IOg十八烷基三甲基氯化銨，攪拌10分鐘后，加入IOOg小麥淀粉，得40 %的淀粉乳，在攪拌下加入緩溶劑氯化鈉6g，繼續(xù)攪拌10分鐘后，加熱升溫至60°C，加入催化劑重量濃度為32%的氫氧化鉀溶液至溶液的PH值為10. 8，另一燒杯加入IOg去離子水溶解8g醚化劑3-氯-2-羥丙基-三乙基氯化銨，然后緩慢加入到淀粉乳中，反應(yīng)3個(gè)小時(shí)后，冷卻至30°C，用中和劑硫酸調(diào)體系PH至為9. 0 ；的陽(yáng)離子淀粉，測(cè)得取代度為0. 043。(3)在體系中加入粘度穩(wěn)定劑二羧酸半酐5g，繼續(xù)攪拌1個(gè)小時(shí)，過(guò)濾，用95%的食品級(jí)酒精洗滌三次，烘干，過(guò)篩得本發(fā)明產(chǎn)品。實(shí)施例4(1)醚化劑的制備同實(shí)施例1( 在裝有冷凝管、攪拌、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入170g去離子水和8g十二烷基三甲基氯化銨，攪拌10分鐘后，加入IOOg木薯淀粉，得37%的淀粉乳，在攪拌下加入緩溶劑氯化鈉10g，繼續(xù)攪拌10分鐘后，加熱升溫至55°C，加入催化劑重量濃度32%的氫氧化鈉溶液至溶液的PH值為12. 5，另一燒杯加入IOg去離子水溶解IOg醚化劑3-氯-2-羥丙基-三乙基氯化銨，然后緩慢加入到淀粉乳中，反應(yīng)4個(gè)小時(shí)后，冷卻至30°C，用中和劑鹽酸調(diào)體系PH至為8. 0 ；的陽(yáng)離子淀粉，測(cè)得取代度為0. 05。(3)在體系中加入粘度穩(wěn)定劑三聚磷酸鈉5g，繼續(xù)攪拌2個(gè)小時(shí)，過(guò)濾，用95%的食品級(jí)酒精洗滌三次，烘干，過(guò)篩得本發(fā)明產(chǎn)品。實(shí)施例5操作條件使用實(shí)施例1-4產(chǎn)品8%的糊化液，在120g瓦楞紙上用10#涂布棒進(jìn)行涂布，涂布量為2g/m2，涂布后分別在110°C的烘箱中烘30s或120s取出，冷卻至室溫進(jìn)
行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.用于紙張表面施膠的改性淀粉的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將水和乳化劑混合，得淀粉乳，各個(gè)組分的重量百分比為淀粉 30 40%乳化劑 0.02 0.06%水余量攪拌下加入緩溶劑，升溫至45-60°C，加入催化劑調(diào)節(jié)體系的pH為11 12 ；(2)加入陽(yáng)離子醚化劑與水配制的水溶液，反應(yīng)5 7小時(shí)，用中和劑調(diào)體系pH至 6. 5-9. 0，得陽(yáng)離子淀粉；所述陽(yáng)離子醚化劑為三乙胺與環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物；(3)加入粘度穩(wěn)定劑，攪拌分散，然后收集固體產(chǎn)物，即為所述的用于紙張表面施膠的改性淀粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)離子醚化劑的制備方法，包括如下步驟將三乙胺加入重量濃度為30 36. 5%的鹽酸水溶液至溶液的pH為6. 5 7. 5，然后滴加環(huán)氧氯丙烷，滴加時(shí)間為0. 5 1. 5小時(shí)，反應(yīng)2. 5 3. 5小時(shí)，然后從反應(yīng)產(chǎn)物中收集陽(yáng)離子醚化劑；三乙胺和環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銨中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，陽(yáng)離子醚化劑水溶液的重量濃度為30 50%，陽(yáng)離子醚化劑的用量為淀粉重量的5 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述乳化劑選自十六烷基三甲基氯化銨、 十二烷基三甲基氯化銨或十八烷基三甲基氯化銨，加入量為淀粉重量的4-10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的緩溶劑為硫酸鈉、氯化鈉或硫酸鉀中的一種，加入量為淀粉重量的5-10% ；所述的中和劑為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的一種或兩種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘度穩(wěn)定劑為醋酸乙烯酯、琥珀酸酐、二羧酸半酐、三聚磷酸鈉中的一種或兩種混合物，加入量為淀粉重量的2-5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的淀粉為玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉及馬鈴薯淀粉中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述方法制備的用于紙張表面施膠的改性淀粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于紙張表面施膠的改性淀粉的應(yīng)用，其特征在于，用于紙張表面施膠。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于紙張表面施膠的改性淀粉及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括如下步驟將水和乳化劑混合，得淀粉乳，各個(gè)組分的重量百分比為淀粉30～40％，乳化劑0.02～0.06％，水余量，加入緩溶劑，升溫至45-60℃，加入催化劑調(diào)節(jié)體系的pH為11～12，加入陽(yáng)離子醚化劑水溶液，反應(yīng)，用中和劑調(diào)體系pH至6.5-9.0，得陽(yáng)離子淀粉，陽(yáng)離子醚化劑為三乙胺與環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物；加入粘度穩(wěn)定劑，攪拌分散，然后收集固體產(chǎn)物，即為所述的用于紙張表面施膠的改性淀粉。本發(fā)明能有效的提高紙張表面強(qiáng)度，同時(shí)減少漿內(nèi)助留、助濾劑和廢水絮凝劑的用量。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，留著率高。
文檔編號(hào)D21H19/14GK102517991SQ2011104578
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者施曉旦, 李改霞 申請(qǐng)人:上海東升新材料有限公司