本發(fā)明屬于淀粉的
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種防水施膠淀粉，具體涉及一種防水施膠淀粉的制備工藝。本發(fā)明制備工藝簡潔、操作簡單，整個生產(chǎn)工藝溫和穩(wěn)定，制備的防水施膠淀粉疏水性好、流動性好，淀粉白度高。本發(fā)明制備工藝具有操作簡單、工藝合理、成本低等優(yōu)勢。
背景技術(shù)：
：淀粉作為天然高分子化合物，具有來源廣泛、成本低廉、無毒無害、可生物降解和可循環(huán)產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，是一種天然、綠色的環(huán)保型材料，廣泛地被應(yīng)用于食品、日用化學(xué)品、造紙、紡織以及醫(yī)藥等領(lǐng)域。由于不同種類的淀粉顆粒具有相異的大小與形態(tài)，同時多數(shù)淀粉粒徑較大且分布不均，加之天然淀粉本身具有較多活性羥基，使淀粉在其應(yīng)用過程中不能達(dá)到預(yù)期效果，因此需要對天然淀粉進(jìn)行一定的改性處理，才能使其更好地應(yīng)用于相應(yīng)領(lǐng)域。淀粉分子中含有大量羥基，具有較高的反應(yīng)活性，可以發(fā)生接枝、酯化、醚化、氧化、交聯(lián)等反應(yīng)，從而能夠根據(jù)實(shí)際需要制備出不同種類、性能多樣和功能特殊的改性淀粉產(chǎn)品。然而現(xiàn)有技術(shù)的改性淀粉疏水性較差，工藝復(fù)雜，因而提供一種工藝簡單、疏水性好的改性淀粉的制備工藝是一直研究的目標(biāo)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中改性淀粉的疏水性差、制備工藝復(fù)雜的問題，提供了一種防水施膠淀粉的制備工藝，制備方法簡單、制備的改性淀粉疏水性好。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案是：一種防水施膠淀粉的制備工藝，以淀粉為原料，將淀粉進(jìn)行變性處理，包括以下步驟：A、向反應(yīng)釜中加入淀粉和硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度30-50℃；B、攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液和過硫酸銨水溶液，攪拌反應(yīng)10-15min；C、向反應(yīng)釜中加入硬脂酸銨和亞鐵鹽，反應(yīng)20-30min；D、向反應(yīng)釜中加入硼酸，反應(yīng)5-10min；E、降溫出料，得到防水施膠淀粉。所述的淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉中的一種或兩種以上混合物。所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。步驟B攪拌速度是30-60r/min。降溫出料時，溫度降至40℃以下進(jìn)行出料。淀粉、硫酸鋁、丙烯酰胺、過硫酸銨、硬脂酸銨、亞鐵鹽、硼酸的質(zhì)量比為(900-950)：(3-8)：(3-15)：(2-10)：(1-3)：(1-3)：(0.1-0.6)。所述的淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉中的一種或兩種以上混合物。所述的亞鐵鹽為硫酸亞鐵。步驟B攪拌速度是30-60r/min。降溫出料時，溫度降至40℃以下進(jìn)行出料。丙烯酰胺水溶液中丙烯酰胺與水的質(zhì)量比為(0.3-0.6)：1。過硫酸銨水溶液的質(zhì)量濃度為15-30％。本發(fā)明的有益效果是：本工藝添充國內(nèi)玉米淀粉不防水的缺點(diǎn)使用本工藝生產(chǎn)的疏水施膠變性淀粉具有快速防水作用可使涂層內(nèi)的紙張或箱板、建筑涂料等有防潮作用。本發(fā)明制備的變性淀粉作為涂布液不僅適合低速紙機(jī)，同時適合高速紙機(jī)。本發(fā)明制備的變性淀粉白度達(dá)到94.5°以上，細(xì)度(100目篩通過率)是85％以上，粘度(6％，95℃)是10-100mpa.s，在紙張表面吸收重量在50克/每平方米以下，存放干燥處保質(zhì)期達(dá)18個月以上，且儲存過程中產(chǎn)品性能穩(wěn)定。本發(fā)明制備的變性淀粉作為涂布液，可以減少斷頭次數(shù)，將斷頭次數(shù)降低90％以上。本發(fā)明創(chuàng)造性的將硫酸鋁在工藝起始點(diǎn)加入，先加入硫酸鋁，使其與淀粉進(jìn)行混合，作用是增加與淀粉分子鏈反應(yīng)，提高后期的反應(yīng)速度，同時增加正電荷提高糊液的白度。經(jīng)長期的研究，將硫酸鋁在工藝起始時直接加入，與淀粉混合，結(jié)合溫度和工藝的控制，可以使淀粉狀態(tài)改變，可提高疏水施膠作用；而現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為需要在后期加入硫酸鋁，認(rèn)為該種方式獲得的變性淀粉性能更好，然而后期加入硫酸鋁存在的問題是反應(yīng)時間短，無法與淀粉充分反應(yīng)，造成反應(yīng)泡沫較大，從而影響其防水性。本技術(shù)方案不需要將淀粉調(diào)配成淀粉乳，采用直接加入淀粉，通過將硫酸鋁的加入時機(jī)的改進(jìn)，省略了調(diào)配淀粉乳的工序，更是克服了現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為的需要先將淀粉制備成淀粉乳然后再進(jìn)行反應(yīng)制備的偏見，該工序的省略更是從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)調(diào)配淀粉乳帶來的耗時、產(chǎn)生的廢水不易處理耗熱量大、成本高、工藝時間長、不易操作的問題。本技術(shù)方案硬脂酸銨和亞鐵鹽的加入是為了加入氧化、縮短生產(chǎn)反應(yīng)周期；硼酸的加入是為了提高淀粉成膜的連續(xù)性及韌性。本發(fā)明制備工藝整個工藝時間僅需60-90min，大大縮短的制備時間。采用本發(fā)明制備的變性淀粉對紙張進(jìn)行表面施膠處理，不僅可以增加紙張的抗水性，還可提高紙張的物理強(qiáng)度、賦予紙張抗酸堿性；涂布于紙張表面還可改善紙面平滑度、印刷性能、表面強(qiáng)度、紙張挺度及耐破防水、更有利于抗返潮、使紙張的存放期更長。具體實(shí)施方式本發(fā)明先用硫酸鋁與淀粉混合，再用過硫酸銨引發(fā)升溫反應(yīng)加硬脂酸銨和亞鐵加速反應(yīng)得到一種粘度偏低的變性淀粉，此時成膜韌性不是很好，加硬脂酸及硼酸增加疏水及成膜連續(xù)性來完成整個反應(yīng)過程。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。一、具體實(shí)施例實(shí)施例1A、向反應(yīng)釜中加入900kg玉米淀粉和3kg硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度30℃；B、30r/min攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液(由3kg丙烯酰胺和10kg水混合而成)和濃度為15％的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨的用量為2kg)，攪拌反應(yīng)10min；C、向反應(yīng)釜中加入1kg硬脂酸銨和1kg硫酸亞鐵，反應(yīng)20min；D、向反應(yīng)釜中加入0.1kg硼酸，反應(yīng)5min，優(yōu)選的，硼酸先用溫水化開；E、快速降溫，溫度降至40℃以下出料，得到防水施膠淀粉。實(shí)施例2A、向反應(yīng)釜中加入930kg木薯淀粉和4kg硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度35℃；B、40r/min攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液(由5kg丙烯酰胺和10kg水混合而成)和濃度為20％的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨的用量為4kg)，攪拌反應(yīng)12min；C、向反應(yīng)釜中加入2kg硬脂酸銨和2kg硫酸亞鐵，反應(yīng)25min；D、向反應(yīng)釜中加入0.3kg硼酸，反應(yīng)7min，優(yōu)選的，硼酸先用溫水化開；E、快速降溫，溫度降至35℃以下出料，得到防水施膠淀粉。實(shí)施例3A、向反應(yīng)釜中加入950玉米淀粉和5kg硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度40℃；B、40r/min攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液(由8kg丙烯酰胺和20kg水混合而成)和濃度為23％的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨的用量為6kg)，攪拌反應(yīng)13min；C、向反應(yīng)釜中加入3kg硬脂酸銨和1.5kg硫酸亞鐵，反應(yīng)27min；D、向反應(yīng)釜中加入0.6kg硼酸，反應(yīng)9min，優(yōu)選的，硼酸先用溫水化開；E、快速降溫，溫度降至32℃以下出料，得到防水施膠淀粉。實(shí)施例4A、向反應(yīng)釜中加入920kg馬鈴薯淀粉和6kg硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度45℃；B、50r/min攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液(由12kg丙烯酰胺和20kg水混合而成)和濃度為27％的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨的用量為8kg)，攪拌反應(yīng)15min；C、向反應(yīng)釜中加入1.5kg硬脂酸銨和2.5kg硫酸亞鐵，反應(yīng)30min；D、向反應(yīng)釜中加入0.4kg硼酸，反應(yīng)10min，優(yōu)選的，硼酸先用溫水化開；E、快速降溫，溫度降至30℃以下出料，得到防水施膠淀粉。實(shí)施例5A、向反應(yīng)釜中加入910kg玉米淀粉和8kg硫酸鋁，控制反應(yīng)釜溫度50℃；B、60r/min攪拌條件下，向反應(yīng)釜中加入丙烯酰胺水溶液(由15kg丙烯酰胺和50kg水混合而成)和濃度為30％的過硫酸銨水溶液(過硫酸銨的用量為10kg)，攪拌反應(yīng)14min；C、向反應(yīng)釜中加入2.5kg硬脂酸銨和2kg硫酸亞鐵，反應(yīng)23min；D、向反應(yīng)釜中加入0.2kg硼酸，反應(yīng)8min，優(yōu)選的，硼酸先用溫水化開；E、快速降溫，溫度降至38℃以下出料，得到防水施膠淀粉。對比例1(1)將淀粉用水調(diào)成質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％-40％的淀粉乳；(2)用NaOH溶液調(diào)節(jié)步驟(1)所得淀粉乳為堿性；(3)加入次氯酸鈉，在溫度為30℃-40℃下攪拌反應(yīng)2h-6h，控制淀粉乳的pH值為8.0-9.0；(4)將步驟(3)中所得淀粉乳洗滌并調(diào)節(jié)淀粉乳質(zhì)量濃度為20％-40％，加入辛烯基琥珀酸酐，在溫度為30℃-40℃下攪拌反應(yīng)3h-5h，控制淀粉乳的pH為8.0-9.0；(5)將硫酸鋁加入步驟(4)所得淀粉乳，繼續(xù)反應(yīng)20min-60min；所述硫酸鋁的加入量為淀粉干基質(zhì)量的1％-2％；(6)將步驟(5)所得淀粉乳洗滌、過濾后烘干、粉碎，得到固體粉末，即為所述防水施膠淀粉。對比例2首先將淀粉加水調(diào)乳，然后加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，然后加入酯化劑進(jìn)行酯化，然后及收入引發(fā)劑、單體丙烯酰胺進(jìn)行引發(fā)接枝，然后用還原劑還原，加入酸堿進(jìn)行中和調(diào)節(jié)pH值，然后經(jīng)洗滌、脫水、干燥得到成品。該工藝的制備時間大于6h。二、性能試驗(yàn)測試本發(fā)明所用實(shí)驗(yàn)儀器為DCP-NPY1200電腦紙張耐破度儀(四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司)、ZBK-100紙張表面吸收重量測定儀(長春永興儀器有限責(zé)任公司)、ZYD-3F3圓形取樣器(長春永興儀器有限責(zé)任公司)、TTM-500A環(huán)壓強(qiáng)度試驗(yàn)取樣刀(長春永興儀器有限責(zé)任公司)、ZZD-25B智能壓縮儀(長春永興儀器有限責(zé)任公司)、ST-1-260型自動涂布機(jī)(陜西科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院實(shí)訓(xùn)研發(fā)中心)、ZYD-3電腦抗張試驗(yàn)機(jī)(長春永興儀器有限責(zé)任公司)。1、吸水度試驗(yàn)將上述得到的變性淀粉，涂布在紙張原紙上，涂布量相同3.7g/m2，使其通過105℃的旋轉(zhuǎn)式滾筒干燥機(jī)1min進(jìn)行干燥，得到涂布紙。按照J(rèn)ISP-8140測定可勃值(g/m2)，設(shè)定與水的接觸時間為5分鐘，數(shù)值越小表示施膠度越良好、抗水性能更好。項目可勃吸水度(g/m2)實(shí)施例130實(shí)施例228實(shí)施例329實(shí)施例427實(shí)施例526對比例178-89對比例280-93對比例3＞64注：對比例3是指硫酸鋁為后期加入的現(xiàn)有技術(shù)。2、施膠度試驗(yàn)將上述得到的施膠淀粉在中性上質(zhì)原紙、酸性上質(zhì)原紙及板紙上進(jìn)行涂布，按照下述試驗(yàn)方法對這些紙張的性能進(jìn)行評價。Stockigt施膠度：按照J(rèn)ISP-8122測定Stockigt施膠度(秒)。數(shù)值越大表示施膠度越良好。筆書寫施膠度：按照J(rèn).TappiNo.12測定筆書寫施膠度。將完全沒有墨滲出的情況設(shè)為6，有墨滲出、線全部變粗的情況設(shè)為1。數(shù)值越大表示施膠度越良好。注：對比例3是指硫酸鋁為后期加入的現(xiàn)有技術(shù)。3、產(chǎn)品穩(wěn)定性試驗(yàn)將得到的變性淀粉涂布液在1h、24h、48h、64h進(jìn)行粘度測定，結(jié)果本發(fā)明得到的變性淀粉涂布液在64h后的粘度波動率小于20％，對比例1的粘度波動率大于70％，對比例2的粘度波動率84％-96％，對比例3的粘度波動率大于80％。4、涂布于瓦楞紙試驗(yàn)將上述得到的變性淀粉用于瓦楞板時，考察瓦楞板的環(huán)壓強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度，控制涂布量均為5g/m2，在鼓風(fēng)干燥箱中干燥10min，烘干后，將紙樣進(jìn)行恒溫恒濕平衡處理，瓦楞紙進(jìn)行環(huán)壓強(qiáng)度和耐破度測試，結(jié)果如下：注：對比例3是指硫酸鋁為后期加入的現(xiàn)有技術(shù)。通過上表可以看出，涂布本發(fā)明的變性淀粉可以提高瓦楞紙的環(huán)壓強(qiáng)度和耐破度，橫向環(huán)壓指數(shù)可以提高96.3％以上，縱向環(huán)壓指數(shù)可以提高99.2％以上，耐破指數(shù)可以提高35％以上。對比例1橫向環(huán)壓指數(shù)僅可以提高79.8％左右，縱向環(huán)壓指數(shù)僅可以提高85％左右，對耐破指數(shù)無作用。對比例2橫向環(huán)壓指數(shù)僅可以提高80％左右，縱向環(huán)壓指數(shù)可以提高85％左右，對耐破指數(shù)無作用。對比例3橫向環(huán)壓指數(shù)僅可以提高60％-90％左右，縱向環(huán)壓指數(shù)僅可以提高59.8％-90％左右，對耐破指數(shù)無作用。5、將上述得到的變性淀粉用于銅版紙時，考察銅版紙的抗張指數(shù)和耐折度，控制涂布量均為5g/m2，在鼓風(fēng)干燥箱中干燥10min，烘干后，將紙樣進(jìn)行恒溫恒濕平衡處理，銅版紙進(jìn)行抗張指數(shù)和耐折度測試。結(jié)果如下：注：對比例3是指硫酸鋁為后期加入的現(xiàn)有技術(shù)。通過上表可以看出，涂布本發(fā)明的變性淀粉可以提高銅版紙的抗張指數(shù)和耐折度，橫向抗張指數(shù)可以提高9.2％以上，縱向抗張指數(shù)可以提高7.4％以上，橫向耐折度可以提高23.7％以上，縱向耐折度可以提高47.6％以上。對比例1的橫向抗張指數(shù)僅可以提高5.0％左右，縱向抗張指數(shù)僅可以提高2.9％左右，橫向耐折度僅可以提高13％左右，縱向耐折度僅可以提高30％左右。對比例2的橫向抗張指數(shù)僅可以提高5.4％左右，縱向抗張指數(shù)僅可以提高3.9％左右，橫向耐折度僅可以提高13.3％左右，縱向耐折度僅可以提高29.5％左右。對比例3的橫向抗張指數(shù)僅可以提高2.9％-7.9％左右，縱向抗張指數(shù)僅可以提高2.5％-4.9％左右，橫向耐折度僅可以提高6.5-15.2％左右，縱向耐折度僅可以提高16.6％-36.7％左右。6、紙樣表面強(qiáng)度、平滑度、挺度測定試驗(yàn)采用上述變性淀粉為涂布液，以靜電復(fù)印紙作為施膠原紙，在施膠機(jī)上，以相同的施膠量(單面1.5g/m2)進(jìn)行施膠，施膠后的紙樣以相同的溫度、時間(85℃*20s)在上光機(jī)上進(jìn)行干燥，檢測紙樣表面強(qiáng)度、平滑度、挺度指標(biāo)，結(jié)果如下。注：對比例3是指硫酸鋁為后期加入的現(xiàn)有技術(shù)。經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，涂布現(xiàn)有變性淀粉的紙張防水性差、不能提高的原因還存在一個關(guān)鍵的因素是紙張的孔隙導(dǎo)致的毛細(xì)作用，現(xiàn)有的變性淀粉涂布液不能很好的滲入紙張的孔隙中，從而使得紙張的防水性無法提高。本技術(shù)方案通過將硫酸鋁的加入時機(jī)改為工藝的起始點(diǎn)結(jié)合后續(xù)操作的改進(jìn)，得到的變性淀粉涂布液能很好的滲入到紙張的孔隙，通過使紙張表面的纖維結(jié)合更緊密，纖維與纖維緊緊地黏在一起，從而減少了孔隙導(dǎo)致的毛細(xì)作用，從上述試驗(yàn)也可以證實(shí)，本發(fā)明工藝制備的變性淀粉的防水性更好。在硫酸鋁存在的條件下，在淀粉狀態(tài)改變的基礎(chǔ)上，硬質(zhì)酸銨和硼酸的先后加入，起到協(xié)同增效的作用，在發(fā)揮其本身固有的作用外，還能有效提高被施膠紙張的打印色彩鮮艷度和線條的清晰度；同時兩者協(xié)同作用能夠減緩水向紙張內(nèi)部的遷移和擴(kuò)散，尤其對墨水有很好的吸附和固化作用，可以使墨水更多的留在紙張表面層，還能提高淀粉粘度的穩(wěn)定性。當(dāng)前第1頁1 2 3