一種造紙施膠劑的製備方法與流程
2023-05-09 07:37:36
本發明屬於造紙用添加劑領域，具體涉及一種造紙施膠劑的製備方法。
背景技術：
表面施膠可以彌補造紙業大量使用非木材纖維和廢紙漿所引起的一系列問題，賦予紙張優異的性能，適應目前造紙及印刷行業的發展需求，同時也符合發展的大趨勢。
施膠劑是一種造紙用添加劑，它能賦予紙和紙板抗菌、抗油、抗靜電、抗墨、抗水、抗乳液、抗腐蝕等性能以提高紙的耐破度、平滑度、強度和施用期。根據施膠方式不同可將施膠劑分為漿內施膠劑和表面施膠劑。漿內施膠劑又稱漿內施膠，指對紙漿、紙張、紙板進行處理，取得抗流體滲透的性能而添加的化學品。這類化學品具有親水性基團和疏水性基團，在纖維表面使外側定向為疏水基團，使紙賦予疏水性和抗流體滲透性。除吸墨紙、濾紙、蠟紙、捲菸紙、生活用紙等紙種外，幾乎所有紙張均需施膠。在紙上施膠可提高紙張抗水、抗油、抗印刷油墨等性能，同時可提高光滑性、憎水性、印刷適應性。另一種是在紙頁成形後塗飾於紙或紙板表面稱為表面施膠。表面施膠主要是改善紙頁表面光滑度，降低孔隙度，防止表面起毛和掉毛。用得較多的是改性和未改性的澱粉，也有採用pva的。其他還有石蠟乳液、動物膠、羧甲基纖維素、聚氨酯、苯乙烯-馬來酸酐共聚物，丙烯酸和丙烯酸酯類共聚物等。可是，現有的製備方法製得的施膠劑阻隔性，會產生二次汙染，成膜性脆、無韌性、易破碎，難以滿足造紙工業生產的要求。
因此，研究開發一種阻隔性好，成膜性佳，且不會產生二次汙染的施膠劑具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對傳統施膠劑阻隔性較差，且會產生二次汙染，成膜性脆，難以滿足造紙工業生產要求的缺陷，提供了一種造紙施膠劑的製備方法。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案：
一種造紙施膠劑的製備方法，包括如下步驟：
（1）按重量份數計，取60～65份造紙施膠劑基料、30～35份聚乙烯醇、12～16份聚穀氨酸及8～11份丙烯酸丁酯，放入反應釜中，設定溫度為65～70℃，攪拌預熱40～45min；
（2）在預熱結束後，向反應釜中加入丙烯酸丁酯等質量的苯乙烯，升溫至75～80℃，繼續攪拌50～70min，加入過硫酸鉀，升溫至83～86℃，攪拌反應4～6h，冷卻至室溫，出料，收集出料物，即可得造紙施膠劑。
所述過硫酸鉀的加入量為苯乙烯質量的4～6％。
所述步驟（2）中在加入過硫酸鉀後，還可以再加入苯乙烯質量1～3％的三甲基甲氧基矽烷。
所述造紙施膠劑基料的製備，包括如下步驟：
a.將豬小腸、碳酸氫銨和水放入容器中混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節ph至7.8～8.0，將容器在75～85℃下進行加熱，並趁熱過濾，收集過濾後的豬小腸；
b.將過濾後的豬小腸進行乾燥，得乾燥後的豬小腸，取酵母粉及桃膠裝入乾燥後的豬小腸內，再將裝入酵母粉和桃膠後的豬小腸浸泡於質量分數為10％葡萄糖溶液中靜置；
c.在靜置結束後，將浸泡後的豬小腸置於38～42℃下保溫42～48h，再進行搗碎，收集搗碎混合物，將搗碎混合物、蒸餾水及混合酶放入酶解罐中，使用磷酸溶液調節酶解罐中混合物ph至3.0～4.5，進行酶解；
d.待酶解結束後，將酶解罐中的酶解混合物進行真空抽濾，收集抽濾液，並將抽濾液進行濃縮，濃縮至抽濾液原體積的60～65％，收集濃縮液，並殺菌消毒，得造紙施膠劑基料。
所述步驟a中豬小腸、碳酸氫銨和水的質量比為7～9:2～4:12～15。
所述步驟b中酵母粉的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的14～18％，桃膠的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的42～51％。
所述步驟b中靜置時間為20～30min。
所述步驟c搗碎混合物、蒸餾水及混合酶質量比為9～11:3～5:0.4～0.6。
所述混合酶為胃蛋白酶和木瓜蛋白酶按質量比1:1混合而成。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明首先通過碳酸氫銨溶液對豬小腸進行蒸煮脫脂，再通過與桃膠混合，利用酵母菌進行微生物發酵處理，再利用搗碎處理，破壞細胞內部結構，釋放內部物質，再酶解進一步提取，獲得高羧基及氨基等基團含量的基料，增加成膜性能，並通過與聚乙烯醇、聚穀氨酸及丙烯酸丁酯混合，以過硫酸鉀作為引發劑，進行聚合反應，提高阻隔性，同時添加三甲基甲氧基矽烷增加附著力，從而獲得造紙施膠劑；
（2）本發明所得的造紙施膠劑具有良好的阻隔性，抗水性，抑菌性，可較好的提高紙張的平滑度，成膜性佳，不會產生二次汙染；
（3）本發明所得的造紙施膠劑無毒性，在使用過程中不會對人體健康產生危害，應用前景良好。
具體實施方式
混合酶的配製：將胃蛋白酶和木瓜蛋白酶按質量比1:1混合，即可。
造紙施膠劑基料的製備：
a.按質量比7～9:2～4:12～15，將豬小腸、碳酸氫銨和水放入容器中混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節ph至7.8～8.0，將容器在75～85℃下進行加熱，加熱2～5h，趁熱過濾，收集過濾後的豬小腸；
b.將過濾後的豬小腸放入50℃乾燥箱中乾燥2～4h，進行乾燥，得乾燥後的豬小腸，取酵母粉及桃膠裝入乾燥後的豬小腸內，再將裝入酵母粉和桃膠後的豬小腸浸泡於質量分數為10％葡萄糖溶液中靜置20～30min；酵母粉的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的14～18％，桃膠的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的42～51％；
c.在靜置結束後，將浸泡後的豬小腸置於38～42℃下保溫42～48h，再放入搗碎機中，以12000r/min搗碎10～15min，收集搗碎混合物，將搗碎混合物、蒸餾水及混合酶放入酶解罐中，使用磷酸溶液調節酶解罐中混合物ph至3.0～4.5，設定溫度為37～39℃，以120r/min攪拌酶解7～9h；
d.待酶解結束後，將酶解罐中的酶解混合物進行真空抽濾，收集抽濾液，並將抽濾液進行濃縮，濃縮至抽濾液原體積的60～65％，收集濃縮液，並殺菌消毒，得造紙施膠劑基料。
造紙施膠劑取料：按重量份數計，取60～65份造紙施膠劑基料、30～35份聚乙烯醇、12～16份聚穀氨酸及8～11份丙烯酸丁酯。
造紙施膠劑的製備：將所取的原料放入反應釜中，設定溫度為65～70℃，攪拌預熱40～45min，再向反應釜中加入丙烯酸丁酯等質量的苯乙烯，升溫至75～80℃，繼續攪拌50～70min，加入苯乙烯質量4～6％的過硫酸鉀，升溫至83～86℃，攪拌反應4～6h，冷卻至室溫，出料，收集出料物，即可得造紙施膠劑。
在加入過硫酸鉀後，還可以再加入苯乙烯質量1～3％的三甲基甲氧基矽烷。
實例1
混合酶的配製：將胃蛋白酶和木瓜蛋白酶按質量比1:1混合，即可。
造紙施膠劑基料的製備：
a.按質量比7:2:12，將豬小腸、碳酸氫銨和水放入容器中混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節ph至7.8，將容器在75℃下進行加熱，加熱2h，趁熱過濾，收集過濾後的豬小腸；
b.將過濾後的豬小腸放入50℃乾燥箱中乾燥2h，進行乾燥，得乾燥後的豬小腸，取酵母粉及桃膠裝入乾燥後的豬小腸內，再將裝入酵母粉和桃膠後的豬小腸浸泡於質量分數為10％葡萄糖溶液中靜置20min；酵母粉的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的14％，桃膠的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的42％；
c.在靜置結束後，將浸泡後的豬小腸置於38℃下保溫42h，再放入搗碎機中，以12000r/min搗碎10min，收集搗碎混合物，將搗碎混合物、蒸餾水及混合酶放入酶解罐中，使用磷酸溶液調節酶解罐中混合物ph至3.0，設定溫度為37℃，以120r/min攪拌酶解7h；
d.待酶解結束後，將酶解罐中的酶解混合物進行真空抽濾，收集抽濾液，並將抽濾液進行濃縮，濃縮至抽濾液原體積的60％，收集濃縮液，並殺菌消毒，得造紙施膠劑基料。
造紙施膠劑取料：按重量份數計，取60份造紙施膠劑基料、30份聚乙烯醇、12份聚穀氨酸及8份丙烯酸丁酯。
造紙施膠劑的製備：將所取的原料放入反應釜中，設定溫度為65℃，攪拌預熱40min，再向反應釜中加入丙烯酸丁酯等質量的苯乙烯，升溫至75℃，繼續攪拌50min，加入苯乙烯質量4％的過硫酸鉀，升溫至83℃，攪拌反應4h，冷卻至室溫，出料，收集出料物，即可得造紙施膠劑。
在加入過硫酸鉀後，還可以再加入苯乙烯質量1％的三甲基甲氧基矽烷。
用施膠機將本發明製得的造紙施膠劑均勻塗覆於紙頁表面，控制塗覆量為8g/m2，塗覆完畢後，將施膠後的紙頁在90℃下乾燥5min即可。
實例2
混合酶的配製：將胃蛋白酶和木瓜蛋白酶按質量比1:1混合，即可。
造紙施膠劑基料的製備：
a.按質量比8:3:13，將豬小腸、碳酸氫銨和水放入容器中混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節ph至7.9，將容器在80℃下進行加熱，加熱3h，趁熱過濾，收集過濾後的豬小腸；
b.將過濾後的豬小腸放入50℃乾燥箱中乾燥3h，進行乾燥，得乾燥後的豬小腸，取酵母粉及桃膠裝入乾燥後的豬小腸內，再將裝入酵母粉和桃膠後的豬小腸浸泡於質量分數為10％葡萄糖溶液中靜置25min；酵母粉的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的16％，桃膠的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的47％；
c.在靜置結束後，將浸泡後的豬小腸置於40℃下保溫45h，再放入搗碎機中，以12000r/min搗碎13min，收集搗碎混合物，將搗碎混合物、蒸餾水及混合酶放入酶解罐中，使用磷酸溶液調節酶解罐中混合物ph至3.8，設定溫度為38℃，以120r/min攪拌酶解8h；
d.待酶解結束後，將酶解罐中的酶解混合物進行真空抽濾，收集抽濾液，並將抽濾液進行濃縮，濃縮至抽濾液原體積的63％，收集濃縮液，並殺菌消毒，得造紙施膠劑基料。
造紙施膠劑取料：按重量份數計，取63份造紙施膠劑基料、33份聚乙烯醇、14份聚穀氨酸及10份丙烯酸丁酯。
造紙施膠劑的製備：將所取的原料放入反應釜中，設定溫度為68℃，攪拌預熱43min，再向反應釜中加入丙烯酸丁酯等質量的苯乙烯，升溫至78℃，繼續攪拌60min，加入苯乙烯質量5％的過硫酸鉀，升溫至85℃，攪拌反應5h，冷卻至室溫，出料，收集出料物，即可得造紙施膠劑。
在加入過硫酸鉀後，還可以再加入苯乙烯質量2％的三甲基甲氧基矽烷。
用施膠機將本發明製得的造紙施膠劑均勻塗覆於紙頁表面，控制塗覆量為9g/m2，塗覆完畢後，將施膠後的紙頁在100℃下乾燥6min即可。
實例3
混合酶的配製：將胃蛋白酶和木瓜蛋白酶按質量比1:1混合，即可。
造紙施膠劑基料的製備：
a.按質量比9:4:15，將豬小腸、碳酸氫銨和水放入容器中混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節ph至8.0，將容器在85℃下進行加熱，加熱5h，趁熱過濾，收集過濾後的豬小腸；
b.將過濾後的豬小腸放入50℃乾燥箱中乾燥4h，進行乾燥，得乾燥後的豬小腸，取酵母粉及桃膠裝入乾燥後的豬小腸內，再將裝入酵母粉和桃膠後的豬小腸浸泡於質量分數為10％葡萄糖溶液中靜置30min；酵母粉的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的18％，桃膠的裝入量為乾燥後的豬小腸質量的51％；
c.在靜置結束後，將浸泡後的豬小腸置於42℃下保溫48h，再放入搗碎機中，以12000r/min搗碎15min，收集搗碎混合物，將搗碎混合物、蒸餾水及混合酶放入酶解罐中，使用磷酸溶液調節酶解罐中混合物ph至4.5，設定溫度為39℃，以120r/min攪拌酶解9h；
d.待酶解結束後，將酶解罐中的酶解混合物進行真空抽濾，收集抽濾液，並將抽濾液進行濃縮，濃縮至抽濾液原體積的65％，收集濃縮液，並殺菌消毒，得造紙施膠劑基料。
造紙施膠劑取料：按重量份數計，取65份造紙施膠劑基料、35份聚乙烯醇、16份聚穀氨酸及11份丙烯酸丁酯。
造紙施膠劑的製備：將所取的原料放入反應釜中，設定溫度為70℃，攪拌預熱45min，再向反應釜中加入丙烯酸丁酯等質量的苯乙烯，升溫至80℃，繼續攪拌70min，加入苯乙烯質量6％的過硫酸鉀，升溫至86℃，攪拌反應6h，冷卻至室溫，出料，收集出料物，即可得造紙施膠劑。
在加入過硫酸鉀後，還可以再加入苯乙烯質量3％的三甲基甲氧基矽烷。
用施膠機將本發明製得的造紙施膠劑均勻塗覆於紙頁表面，控制塗覆量為10g/m2，塗覆完畢後，將施膠後的紙頁在110℃下乾燥7min即可。
對上述使用本實施例造紙施膠劑後的紙頁及使用漆蠟施膠劑後的紙頁的相關物理指標進行檢測，並進行對比，結果如表一所示。
表一：
備註：1#為使用漆蠟施膠劑後的紙頁，2#為使用本實施例1造紙施膠劑後的紙頁，3#使用本實施例2造紙施膠劑後的紙頁，4#使用本實施例3造紙施膠劑後的紙頁。
由上表可知，本發明造紙施膠劑具有較好的阻隔性能，水蒸汽透過係數為0.17～0.21g·mm/m2·h·kpa，成膜性佳，抗張指數為96.6～105.3n·m/g，紙張耐折度為2220～2310次無開裂破碎。