CN102532328A

CN102532328A - 淀粉颜料及其制备方法，应用该淀粉颜料的涂料及涂布纸

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Publication number: CN102532328A
Application number: CN2011104193796A
Authority: CN
Inventors: 王仁荣; 邓升鸿; 张明
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102532328B

Abstract

本发明提供一种造纸领域使用的淀粉颜料，其由淀粉原料与交联剂进行交联反应制得，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂为乙二醛、戊二醛、三偏磷酸钠、聚乙二醛、三氯氧磷、环氧氯丙烷中的一种或多种。本发明还提供一种淀粉颜料的制备方法，及应用该淀粉颜料所制得的涂料，以及应用该涂料所制得的涂布纸。本发明通过制备一种特殊的淀粉颜料，并将其与碳酸钙颜料混合制备涂料，该种涂料涂布于纸张表面能赋予涂布纸张较好的性能。

Description

淀粉颜料及其制备方法,应用该淀粉颜料的涂料及涂布纸

技术领域

本发明涉及一种造纸领域使用的淀粉颜料及其制备方法，及应用该淀粉颜料所制得的涂料，以及应用该涂料所制得的涂布纸。

背景技术

涂布纸通常是将涂料均匀涂布覆盖在纸和纸板表面，再经整饰加工而成的。在涂布纸所用的涂料中，颜料是主要的组分，其质量约为涂料质量的70-90％。目前涂布纸中使用的颜料主要是碳酸钙。然而，使用碳酸钙制备的涂料涂布的纸张往往不易得到很好的压光光泽度和平滑度，且以碳酸钙颜料制备的涂料还会对纸机部件带来磨损，降低涂布机刮刀的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的淀粉颜料。

另外，还有必要提供一种上述淀粉颜料的制备方法。

另外，还有必要提供一种应用上述淀粉颜料制备的涂料。

此外，还有必要提供一种应用上述涂料所制得的涂布纸。

一种淀粉颜料，该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

一种淀粉颜料的制备方法，其包括如下步骤：

取淀粉原料加水将其配制成淀粉水溶液并使混合均匀；

在该淀粉水溶液中加入碱及交联剂，使淀粉在碱性环境下与交联剂发生交联反应，该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，该交联剂的加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％；

将经交联反应后的淀粉溶液进行挤压浓缩，并将挤压出的固体物烘干、破碎，制得所述淀粉颜料。

一种涂料，该涂料中含有颜料，其中颜料的质量为涂料质量的75-90％，该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂为乙二醛、戊二醛、三偏磷酸钠、聚乙二醛、三氯氧磷、环氧氯丙烷中的一种或多种。

一种涂料，该涂料中含有颜料，其中颜料的质量为涂料质量的75-90％，该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

一种涂布纸，其包括纸及涂布于纸表面的涂料，该涂料中含有颜料，该颜料的质量为涂料质量的75-90％，该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

本发明通过制备一种特殊的淀粉颜料，并将其与碳酸钙颜料混合制备涂料，该种涂料涂布于纸张表面能赋予涂布纸张较好的性能，并能有效提高涂布纸的平滑度和光泽度。

具体实施方式

本发明较佳实施例的淀粉颜料的制备方法，其包括如下步骤：

(a)取一定质量的淀粉，加水将其配制成质量百分浓度为20-60％的淀粉水溶液。该淀粉水溶液的浓度优选40％。该淀粉可为原淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉；该淀粉也可为改性淀粉，如阳离子淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟乙基淀粉、双醛淀粉以及乙酰化淀粉。

淀粉水溶液的浓度影响交联反应的反应效率，在较高的淀粉液的浓度，配合适当的碱量，可以得到较高的反应效率。但是淀粉液的浓度不能太高，否则经过交联反应之后容易凝胶。

(b)搅拌所述淀粉水溶液并同时将该淀粉水溶液升温至60-70℃，在该温度下继续搅拌20-50min。

(c)向该淀粉水溶液中依次加入交联剂及碱，并继续在60-70℃下保持搅拌30-50min。该交联剂可为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，醚化反应交联剂可为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种，酯化反应交联剂可为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。该交联剂的加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％，优选交联剂的加入量为淀粉绝干质量的0.1-1.5％。该碱以氢氧化钠(NaOH)水溶液的方式加入，该NaOH水溶液的质量百分浓度为5％，且加入的NaOH水溶液中NaOH的质量为淀粉绝干质量的0.05-0.2％。

淀粉大分子上具有醇羟基(-OH)，-OH能够与交联剂发生醚化或酯化反应，使两个或两个以上的淀粉分子之间相互键合交联成多维空间网络结构。上述交联剂中乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷和淀粉分子发生醚化反应，三氯氧磷、三偏磷酸钠和淀粉分子发生酯化反应。

以本专利实施例中的交联剂为例，交联反应主产物如下：

乙二醛和淀粉反应生成交联淀粉单元结构为：

三偏磷酸钠和淀粉反应生成交联淀粉单元结构为：

环氧氯丙烷和淀粉反应生成交联淀粉单元结构为：

该碱可调节淀粉水溶液的pH值以促进淀粉与交联剂发生交联反应。且该碱不限于使用NaOH，也可为其他的碱，如氢氧化钾(KOH)。

交联反应的过程中，还可添加适量的碳酸钠(Na₂CO₃)，以缓冲淀粉水溶液pH值的变化。

(d)使用高压螺旋挤压机(图未示)将经上述处理后的淀粉溶液进行挤压，并将挤压出的固体物烘干、破碎后即制得所述淀粉颜料。具体使用时，还需要进行筛分，可选用200-400目粒径筛分，优选用300目粒径筛分，以利于后续造纸段的使用。

本发明淀粉颜料，其由淀粉原料与交联剂进行交联反应制得。该淀粉原料可为原淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉；该淀粉原料也可为改性淀粉，如阳离子淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟乙基淀粉、双醛淀粉以及乙酰化淀粉。该交联剂可为乙二醛、戊二醛、三偏磷酸钠、聚乙二醛、三氯氧磷、环氧氯丙烷中的一种或多种。

本发明淀粉颜料可用以制备涂料，该涂料可涂布于纸张表面以制备涂布纸。该涂料包括颜料及一些常规的胶粘剂及添加助剂，其中该颜料的质量为涂料质量的75-90％。该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料由淀粉原料与交联剂进行交联反应制得。该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉；该交联剂为乙二醛、戊二醛、三偏磷酸钠、聚乙二醛、三氯氧磷、环氧氯丙烷中的一种或多种。

将上述涂料涂布于纸张表面即可制得本发明的涂布纸。

本发明制备的淀粉颜料与碳酸钙颜料混合使用，二者具有较好的协同作用，与单一碳酸钙颜料相比，具有更好的不透明度、白度。由淀粉颜料与碳酸钙颜料混合所制备的涂料，能赋予涂布纸张较好的强度性能，如表面强度，还能减少涂料配方中胶粘剂的用量；此外，淀粉颜料具有热塑性，将该种涂料涂布于纸张表面，压光之后能迅速提高涂布纸的平滑度和光泽度，且较低的压力下便能获得较高的光泽度。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

在反应釜中加入200kg低取代度(取代度小于0.2)的木薯醋酸酯淀粉，加水配制成质量百分浓度为40％的淀粉溶液，搅拌均匀后，在70℃下保温搅拌20min，向淀粉溶液中加入2kg的乙二醛和含0.2kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌30min后，将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为300目粒径，分筛后包装，即得淀粉颜料1。

实施例2

在反应釜中加入200kg低取代度(取代度小于0.2)的马铃薯醋酸酯淀粉，加水配制成浓度为40％的淀粉溶液，搅拌均匀后，在60℃下保温搅拌30min，向淀粉溶液中加入0.4kg的三偏磷酸钠和含0.4kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌50min后将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为300目粒径，分筛后包装，即得淀粉颜料2。

实施例3

在反应釜中加入200kg低取代度的马铃薯磷酸酯淀粉，加水配制成浓度为40％的淀粉溶液，均匀搅拌下，在70℃下保温搅拌20min，向淀粉溶液中加入0.2kg的环氧氯丙烷和含0.4kg NaOH的NaOH水溶液，继续保温搅拌30min后将其送入高压螺旋挤压机，将挤压出的固体物烘干，之后破碎为300目粒径，分筛后包装，即得淀粉颜料3。

性能测试

(一)将实施例1所制得的淀粉颜料1分别以三种不同比例与碳酸钙颜料混合成三种颜料，并分别加入相同的胶粘剂和添加助剂，经高速搅拌混合均匀分别制得涂料B1、涂料C1、及涂料D1。另，将未添加淀粉颜料1的涂料A1(含相同的碳酸钙颜料、胶粘剂和添加助剂)作为对比涂料。该四种涂料中颜料、胶粘剂与添加助剂的质量比均为85∶14∶1。

涂料B1中淀粉颜料1与碳酸钙颜料的质量比为10∶90。

涂料C1中淀粉颜料1与碳酸钙颜料的质量比为20∶80。

涂料D1中淀粉颜料1与碳酸钙颜料的质量比为30∶70。

该涂料A1、涂料B1、涂料C1、涂料D1的物理性能测试结果如表一所示。

最后将涂料A1、涂料B1、涂料C1、涂料D1分别采用刮刀涂布的方式涂布于纸张表面制成四种涂布纸，该四种涂布纸的物理性能测试结果如表一所示。

表一

通过表一中的测试结果可知：与涂料A1相比，添加有淀粉颜料1的涂料B1、涂料C1、涂料D1的粘度、保水性均有所提升；与涂料A1涂布的纸张相比，由涂料B1、涂料C1、涂料D1涂布的纸张压光后的光泽度和平滑度均有较大幅度的提升，其他物理性能参数也亦有所提升。

(二)参上述方式，将实施例2所制得的淀粉颜料2分别以三种不同比例与碳酸钙颜料混合成三种颜料，并分别加入相同的胶粘剂和添加助剂，经高速搅拌混合均匀分别制得涂料B2、涂料C2、及涂料D2。另，将未添加淀粉颜料2的涂料A2作为对比涂料。该四种涂料中颜料、胶粘剂与添加助剂的质量比均为85∶14∶1。

涂料B2中淀粉颜料2与碳酸钙颜料的质量比为10∶90。

涂料C2中淀粉颜料2与碳酸钙颜料的质量比为20∶80。

涂料D2中淀粉颜料2与碳酸钙颜料的质量比为30∶70。

该涂料A2、涂料B2、涂料C2、涂料D2的物理性能测试结果如表二所示。

最后将涂料A2、涂料B2、涂料C2、涂料D2分别采用刮刀涂布的方式涂布于纸张表面制成四种涂布纸，该四种涂布纸的物理性能测试结果如表二所示。

表二

通过表二中的测试结果可知：与涂料A2相比，添加有淀粉颜料2的涂料B2、涂料C2、涂料D2的粘度、保水性均有所提升；与涂料A2涂布的纸张相比，由涂料B2、涂料C2、涂料D2涂布的纸张压光后的光泽度和平滑度均有较大幅度的提升，其他物理性能参数也亦有所提升。

(三)参上述方式，将实施例3所制得的淀粉颜料3分别以三种不同比例与碳酸钙颜料混合成三种颜料，并分别加入相同的胶粘剂和添加助剂，经高速搅拌混合均匀分别制得涂料B3、涂料C3、及涂料D3。另，将未添加淀粉颜料3的涂料A3作为对比涂料。该四种涂料中颜料、胶粘剂与添加助剂的质量比均为85∶14∶1。

涂料B3中淀粉颜料3与碳酸钙颜料的质量比为10∶90。

涂料C3中淀粉颜料3与碳酸钙颜料的质量比为20∶80。

涂料D3中淀粉颜料3与碳酸钙颜料的质量比为30∶70。

该涂料A3、涂料B3、涂料C3、涂料D3的物理性能测试结果如表三所示。

最后将涂料A3、涂料B3、涂料C3、涂料D3分别采用刮刀涂布的方式涂布于纸张表面制成四种涂布纸，该四种涂布纸的物理性能测试结果如表三所示。

表三

通过表三中的测试结果可知：与涂料A3相比，添加有淀粉颜料3的涂料B3、涂料C3、涂料D3的粘度、保水性均有所提升；与涂料A3涂布的纸张相比，由涂料B3、涂料C3、涂料D3涂布的纸张压光后的光泽度和平滑度均有较大幅度的提升，其他物理性能参数也亦有所提升。

以上三组测试结果说明，在涂料中加入淀粉颜料，能有效改善涂料及由涂料涂布的纸张的各项性能。

Claims

1.一种淀粉颜料，其特征在于：该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

2.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：所述交联剂的质量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％。

5.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：所述交联剂的质量为淀粉绝干质量的0.1-1.5％。

6.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：该原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或马铃薯淀粉。

7.如权利要求1所述的淀粉颜料，其特征在于：该改性淀粉为阳离子淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟乙基淀粉、双醛淀粉或乙酰化淀粉。

8.一种淀粉颜料的制备方法，其包括如下步骤：

取淀粉原料加水将其配制成淀粉水溶液并使混合均匀；

在该淀粉水溶液中加入碱及交联剂，使淀粉在碱性环境下与交联剂发生交联反应，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂，该交联剂的加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％；

9.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：交联剂的质量为淀粉绝干质量的0.1-1.5％。

10.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种；该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。

11.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：该碱为氢氧化钠，且加入氢氧化钠的质量为淀粉绝干质量的0.05-0.2％。

12.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：加水配制淀粉水溶液的步骤中淀粉水溶液的质量百分浓度为20-60％。

13.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：加水配制淀粉水溶液的步骤中淀粉水溶液的质量百分浓度为40％。

14.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：所述淀粉与交联剂反应的步骤中淀粉水溶液保持温度为60-70℃。

15.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：所述破碎后的淀粉颜料的粒径为200-400目。

16.如权利要求8所述的淀粉颜料的制备方法，其特征在于：所述破碎后的淀粉颜料的粒径为300目。

17.一种涂料，该涂料中含有颜料，其中颜料的质量为涂料质量的75-90％，其特征在于：该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

18.如权利要求17所述的涂料，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种；该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。

19.如权利要求17所述的涂料，其特征在于：该原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或马铃薯淀粉；该改性淀粉为阳离子淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟乙基淀粉、双醛淀粉或乙酰化淀粉。

20.如权利要求17所述的涂料，其特征在于：该淀粉颜料通过在质量百分浓度为20-60％的淀粉水溶液中，加入交联剂及碱进行交联反应，再经挤压浓缩、烘干、破碎步骤制得；其中该交联剂加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％，该碱为氢氧化钠，且氢氧化钠的质量为淀粉绝干质量的0.05-0.2％。

21.如权利要求17所述的涂料，其特征在于：该涂料还含有胶粘剂及添加助剂。

22.一种涂布纸，其包括纸及涂布于纸表面的涂料，该涂料中含有颜料，该颜料的质量为涂料质量的75-90％，其特征在于：该颜料包括淀粉颜料和碳酸钙颜料，该淀粉颜料与碳酸钙颜料的的质量比为1∶9-3∶7；该淀粉颜料中含有淀粉原料与交联剂的交联反应产物，该淀粉原料为原淀粉或改性淀粉，该交联剂为醚化反应交联剂或酯化反应交联剂。

23.如权利要求22所述的涂布纸，其特征在于：该醚化反应交联剂为乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、环氧氯丙烷中的一种或多种；该酯化反应交联剂为三偏磷酸钠、三氯氧磷中的一种或多种。

24.如权利要求22所述的涂布纸，其特征在于：该原淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉或马铃薯淀粉；该改性淀粉为阳离子淀粉、磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟乙基淀粉、双醛淀粉或乙酰化淀粉。

25.如权利要求22所述的涂布纸，其特征在于：该淀粉颜料通过在质量百分浓度为20-60％的淀粉水溶液中，加入交联剂及碱进行交联反应，再经挤压浓缩、烘干、破碎步骤制得；其中该交联剂加入量为淀粉绝干质量的0.1-5.0％，该碱为氢氧化钠，且氢氧化钠的质量为淀粉绝干质量的0.05-0.2％。