CN103993501B - 一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制浆造纸领域，尤其涉及一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料的制备方法，其特征在于：组成成分及质量份数包括：高岭土：10-50％，碳酸钙：30-80％，生物基胶粘剂：1-15％，石化胶乳：≤10％，涂布淀粉：≤8％，辅助助剂：1-10％。生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳或者改性胶原蛋白。本发明得到的涂料固含量高、粘度低、保水性能好、生产成本低。使用本发明的涂料生产出的低定量涂布纸具有高的印刷表面强度，IGT印刷适性仪检测可以达到2.5m/s以上；并且白度高、光泽度和印刷光泽度良好。本发明涂料中使用了可再生、资源丰富的生物基胶粘剂，有利于减少不可再生石油资源的消耗及低定量涂布纸生产中的碳排放量，对环境友好，是非常环保的涂料。
Description
技术领域
本发明属于制浆造纸领域，尤其涉及一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料的制备方法。
背景技术
低定量涂布纸是近十几年来发展很快的一类纸张，具有涂布量低、不透明度和平滑度高、印刷质量好等优点，广泛应用于期刊、杂志、书籍、广告、宣传册、商品目录、画片、商标、报刊插页等的印刷。低定量涂布纸涂料常用的胶粘剂是合成胶乳和涂布淀粉，如专利00110853.0中提到一种高档低定量涂布纸的生产方法，其涂料中使用的胶粘剂为高硬度丁苯胶乳，用量为11-13％(相对于颜料质量)；专利200510032188.9公开了一种轻量(低定量)涂布纸的制造方法，其涂料中使用羧基丁苯胶乳作为主胶粘剂、改性淀粉作为辅助胶粘剂，其中羧基丁苯胶乳用量为11-14％、改性淀粉用量为5-8％(均相对于颜料质量)。
低定量涂布纸涂料用的合成胶乳(如丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳)由苯乙烯、丁二烯、丙烯酸等石油基单体聚合而成，具有粘度低、成膜性好、成纸光泽度高、表面强度高等特点。但石油是不可再生的化石资源，随着人类的大量开采而日趋枯竭，导致单体和合成胶乳的价格不断提高，增加了低定量涂布纸厂家的生产成本，限制了低定量涂布纸行业的发展。涂布淀粉是玉米淀粉、木薯淀粉、土豆淀粉等经过氧化、酶转化、醚化、酯化等改性而得，原料来源广泛、可再生，价格较低，涂料具有较好的保水性和粘弹性。但是由于涂布淀粉的成膜性差，导致低定量涂布纸的光泽度低；而且涂布淀粉自身的粘度比较高，因此在涂料配方中的加入量不能很高、也不能制备固含量高的涂料，否则会影响涂料在涂布机施涂和管道输送过程中的运行性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，以克服现有技术存在的上述缺陷。
一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：
本发明所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，以水作为介质，组成成分和质量份数为：
高岭土：10-50％，
碳酸钙：30-80％，
生物基胶粘剂：1-15％，
石化胶乳：≤10％，
涂布淀粉：≤8％，
辅助助剂：1-10％。
所述高岭土中所包含的粒径小于2μm的粒子含量不少于85％。
所述碳酸钙为浆状或者固体的重质碳酸钙，其所包含的粒径小于2μm的粒子含量不低于90％。
所述生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳、改性胶原蛋白的一种或者两者的混合。
所述淀粉基生物胶乳的制备方法是：
将淀粉原料与水混合升温至45～75℃，保温5-50min，加入塑性转化剂，保温10-30min，加入交联改性剂，保温10-120min，得到淀粉基生物胶乳，其固含量为40-60％；
所述淀粉基生物胶乳的原料质量比为：
淀粉原料：120-150g，
水：110-140g，
塑性转化剂：10-45g，
交联改性剂：10-45g。
所述淀粉基生物胶乳的淀粉原料为可溶性淀粉或者糊精；所述塑性转化剂为甘油、乙二醇、柠檬酸酯或者邻苯二甲酸酯；所述交联剂为乙二醛、戊二醛或者环氧氯丙烷。
所述改性胶原蛋白来源于动物皮或制革边料、制革废弃料，经过聚氨酯改性或者交联改性，为固体或者水溶液。
所述生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白混合物时，两者可以分别交联改性后添加到涂料体系中，也可以先将添加塑性转化剂的淀粉与胶原蛋白混合、共同交联改性后添加到涂料体系中。
所述生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白混合物、且添加塑性转化剂的淀粉与胶原蛋白混合后共同交联改性时，所使用的交联改性剂为乙二醛或者戊二醛。
所述辅助助剂包括分散剂、增稠剂、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，用量均为0.1～1.5％。
所述分散剂为聚丙烯酸盐类分散剂，所述增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基淀粉或者碱润胀性增稠剂。
所述荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂为低定量涂布纸涂料用工业级产品。
所述含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料的制备方法为机械搅拌混合法，将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌制成颜料预分散液，加入生物基胶粘剂、石化胶乳、涂布淀粉及增稠剂、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀得到所述含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料。
本发明所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料的固含量为45-67％，pH值为8.0-9.5，低剪切粘度<3000cp，静态保水值<130g/m2。
本发明所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料所生产的低定量涂布纸的印刷表面强度>2.5m/s，白度>92％，光泽度>35％，印刷光泽度>55％。
本发明将生物基胶粘剂引入到低定量涂布纸的涂料，其突出之处在于：
1、减少涂料中石化胶乳的用量，有利于低定量涂布纸生产厂家降低涂料和成纸生产成本；
2、涂料中石油基合成胶乳的用量减少，有利于节省化石资源的消耗，并且可减少低定量涂布纸生产厂家的碳排放量，有利于环境保护；
3、使用本发明的涂料具有固含量高、粘度低、保水性能好的特点；
4、使用本发明的涂料生产的低定量涂布纸具有高的印刷表面强度和白度，光泽度和印刷光泽度性能良好；
5、扩展了改性胶原蛋白的应用范围，为动物皮、制革边料和制革废弃料的回收利用提供了一种新的途径。
综述所述，根据本发明的方法生产出来的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，固含量高、粘度低、保水性能好，并且生产成本低，有利于提高低定量涂布纸生产厂家的利润。使用本发明的涂料生产出的低定量涂布纸具有良好的性能，以可再生生物基胶粘剂替代石油衍生物，减少了低定量涂布纸生产过程中的碳排放量，非常有利于环境保护。
具体实施方式
以下结合实施例和试验数据对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明，但是不以实施例为限。
实施例1：
涂料配方为：
高岭土：11％，碳酸钙：70％，生物基胶粘剂：2％，石化胶乳：8％，涂布淀粉：5％，辅助助剂：4％。
高岭土中粒径小于2μm的粒子含量为90.3％。
浆状碳酸钙中粒径小于2μm的粒子含量为98.5％。
生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳，其制备方法是：将128g淀粉糊精与115g水混合，升温至50±2℃，保温45min，然后加入邻苯二甲酸酯17.5g，保温30min，加入环氧氯丙烷35g，保温70min，得到淀粉基生物胶乳，其固含量为52.6％。
辅助助剂中，分散剂的用量为0.43％，羧甲基纤维素的用量为0.7％，荧光增白剂1.1％，消泡剂用量为0.27％，润滑剂用量为0.45％，抗水剂用量为0.35％、杀菌剂用量为0.3％、碱用量为0.4％。
涂料的制备方法为：将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌得到颜料预分散液，加入淀粉基生物胶乳、石化胶乳、涂布淀粉糊化液及羧甲基纤维素、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀。
涂料的固含量为60.7％，pH值为8.5，粘度为1700cp，保水值为59g/m2。
将该涂料配方施涂于低定量涂布原纸上，涂布量为11.3g/m2；经过两道软压光，压光压力为1.5kg，温度为70℃；采用国家相关标准检测涂布纸的指标，其印刷表面强度为2.7m/s，白度93.5％，光泽度43％，印刷光泽度61％。
实施例2：
涂料配方为：
高岭土：25％，碳酸钙：55％，生物基胶粘剂：6％，石化胶乳：4％，涂布淀粉：5％，辅助助剂：5％。
高岭土中粒径小于2μm的粒子含量为86.5％。
碳酸钙粉末中粒径小于2μm的粒子含量为95.3％。
生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳，其制备方法是：将142g可溶性淀粉与138g水混合，升温至73±2℃，保温5min，然后加入柠檬酸酯43g，保温15min，加入乙二醛45g，保温15min，得到淀粉基生物胶乳，其固含量为46.9％。
涂料中，分散剂的用量为1.2％，羧甲基淀粉的用量为0.2％，荧光增白剂0.8％，消泡剂用量为0.4％，润滑剂用量为0.4％，抗水剂用量为0.8％、杀菌剂用量为0.65％、碱用量为0.55％。
涂料的制备方法为：将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌得到颜料预分散液，加入淀粉基生物胶乳、石化胶乳、涂布淀粉糊化液及羧甲基淀粉、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀。
涂料的固含量为57.7％，pH值为8.2，粘度为1510cp，保水值为71g/m2。
将该涂料配方施涂于低定量涂布原纸上，涂布量为10.1g/m2；经过两道软压光，压光压力为1.5kg，温度为70℃；采用国家相关标准检测涂布纸的指标，其印刷表面强度为3.1m/s，白度92.3％，光泽度45％，印刷光泽度64％。
实施例3：
涂料配方为：
高岭土：45％，碳酸钙：35％，生物基胶粘剂：13％，辅助助剂：7％。
高岭土中粒径小于2μm的粒子含量为85.1％。
碳酸钙粉末中粒径小于2μm的粒子含量为92.9％。
生物基胶粘剂为从制革废弃料中提取的胶原蛋白经过聚氨酯改性的水溶液，固含量为50.1％。
辅助助剂中，分散剂的用量为1.4％，羧甲基纤维素的用量为0.9％，荧光增白剂0.7％，消泡剂用量为0.8％，润滑剂用量为0.6％，抗水剂用量为0.9％、杀菌剂用量为1.0％、碱用量为0.7％。
涂料的制备方法为：将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌得到颜料预分散液，加入聚氨酯改性胶原蛋白溶液及羧甲基纤维素、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀。
涂料的固含量为63.3％，pH值为9.0，粘度为2905cp，保水值为67g/m2。
将该涂料配方施涂于低定量涂布原纸上，涂布量为12.7g/m2：经过两道软压光，压光压力为1.5kg，温度为70℃；采用国家相关标准检测涂布纸的指标，其印刷表面强度为2.6m/s，白度92.1％，光泽度43％，印刷光泽度60％。
实施例4：
涂料配方为：
高岭土：16％，碳酸钙：67％，生物基胶粘剂：7％，石化胶乳：5％，涂布淀粉：2％，辅助助剂：3％。
高岭土中粒径小于2μm的粒子含量为92.0％。
浆状碳酸钙中粒径小于2μm的粒子含量为98.5％。
生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳和改性胶原蛋白的混合，其中淀粉基生物胶乳用量为4％，胶原蛋白用量为3％；淀粉基生物胶乳的制备方法是：将135g可溶性淀粉与120g水混合，升温至60±2℃，保温25min，然后加入甘油29g，保温25min，加入戊二醛30g，保温20min，得到淀粉基生物胶乳，其固含量为55.1％。
涂料中，分散剂的用量为0.3％，碱润胀型增稠剂的用量为0.2％，荧光增白剂0.7％，消泡剂用量为0.25％，润滑剂用量为0.35％，抗水剂用量为0.3％、杀菌剂用量为0.3％、碱用量为0.6％。
涂料的制备方法为：将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌得到颜料预分散液，加入淀粉基生物胶乳、改性胶原蛋白、石化胶乳、涂布淀粉糊化液及碱润胀型增稠剂、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀。
涂料的固含量为65.3％，pH值为9.1，粘度为2620cp，保水值为63g/m2。
将该涂料配方施涂于低定量涂布原纸上，涂布量为12.4g/m2；经过两道软压光，压光压力为1.5kg，温度为70℃；采用国家相关标准检测涂布纸的指标，其印刷表面强度为3.3m/s，白度93.5％，光泽度46％，印刷光泽度63％。
实施例5：
涂料配方为：
高岭土：30％，碳酸钙：50％，生物基胶粘剂：9％，石化胶乳：2％，涂布淀粉：5％，辅助助剂：4％。
高岭土中粒径小于2μm的粒子含量为87.5％。
浆状碳酸钙中粒径小于2μm的粒子含量为95.6％。
生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳和改性胶原蛋白的混合，其中淀粉基生物胶乳用量为6％，胶原蛋白用量为3％；生物基胶粘剂的制备方法是：将115g可溶性淀粉与120g水混合，升温至55±2℃，保温35min，然后加入邻苯二甲酸酯25g，保温28min，与60g胶原蛋白粉混合，加入戊二醛35g，保温100min，得到淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白混合胶粘剂，其固含量为57.6％。
涂料中，分散剂的用量为0.4％，羧甲基纤维素的用量为0.2％，荧光增白剂0.8％，消泡剂用量为0.45％，润滑剂用量为0.45％，抗水剂用量为0.6％、杀菌剂用量为0.6％、碱用量为0.5％。
涂料的制备方法为：将高岭土、碳酸钙、分散剂加入到水中，高速搅拌得到颜料预分散液，加入生物基胶粘剂、石化胶乳、涂布淀粉糊化液及羧甲基纤维素、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，搅拌混合均匀。
料的固含量为49.3％，pH值为8.6，粘度为2190cp，保水值为99g/m2。
将该涂料配方施涂于低定量涂布原纸上，涂布量为9.7g/m2；经过两道软压光，压光压力为1.5kg，温度为70℃；采用国家相关标准检测涂布纸的指标，其印刷表面强度为2.9m/s，白度92.5％，光泽度39％，印刷光泽度57％。
Claims (6)
1.一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：
1)以水作为介质，组成成分及质量份数为：
高岭土：10-50％，
碳酸钙：30-80％，
生物基胶粘剂：1-15％，
石化胶乳：≤8％，
涂布淀粉：≤8％，
辅助助剂：1-10％；
所述的生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳，或淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白两者的混合；
所述涂料的固形物含量为45-67％，pH值为8.0-9.5；
2)所述的淀粉基生物胶乳的制备方法是：
将淀粉原料与水混合升温至45～75℃，保温5-50min，加入塑性转化剂，保温10-30min，加入交联改性剂，保温10-120min，得到淀粉基生物胶乳，其固含量为40～60％；其组分的质量比为：
淀粉原料：120-150g，
水：110-140g，
塑性转化剂：10-45g，
交联改性剂：10-45g；
3)使用该涂料生产的低定量涂布纸的印刷表面强度可以达到2.5m/s以上。
2.根据权利要求1所述的一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：所述淀粉基生物胶乳的淀粉原料为可溶性淀粉或者糊精。
3.根据权利要求1所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：所述改性胶原蛋白来源于动物皮或制革边料、制革废弃料，经过聚氨酯改性或者交联改性，为固体或者水溶液。
4.根据权利要求1或2所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：所述生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白混合物时，两者分别交联改性后添加到涂料体系中，或先将添加塑性转化剂的淀粉与胶原蛋白混合、共同交联改性后添加到涂料体系中。
5.根据权利要求1、2或3所述的含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：所述生物基胶粘剂为淀粉基生物胶乳与改性胶原蛋白混合物、且添加塑性转化剂的淀粉与胶原蛋白混合后共同交联改性时，所使用的交联改性剂为乙二醛或者戊二醛。
6.根据权利要求1所述的一种含生物基胶粘剂的低定量涂布纸用涂料，其特征在于：所述辅助助剂包括分散剂、增稠剂、荧光增白剂、消泡剂、润滑剂、抗水剂、杀菌剂、碱，用量均为0.1～1.5％。
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