CN105239453A - 一种抗水胶体的制备方法、涂布纸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗水胶体的制备方法、涂布纸。其中，抗水胶体的制备方法包括：对淀粉进行酶切蒸煮，控制酶切蒸煮后的淀粉分子中呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连，在酶切蒸煮后的淀粉中加入有机硅，有机硅的加入量为淀粉绝干量的1-15％，经过高温蒸煮保温过程得到抗水胶体。通过上述方式制备得到的抗水胶体涂布于纸张表面，纸张表面抗水性能有较高幅度的提升。

Description

一种抗水胶体的制备方法、涂布纸

技术领域

本发明涉及造纸领域，具体涉及一种抗水胶体的制备方法、涂布纸。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对纸张的差异化品质需求亦越来越高，主要有高级文化用纸、食品包装纸、牛皮纸、高强瓦楞原纸等，其中不乏一些对抗水性要求高的抗水纸品，例如在广告业务中，要求浸水标签纸、室内广告纸等特殊的涂布纸有表面防水或抗水的功能，印刷企业多采用进口防水铜版纸来印刷这些产品。近几年来，不同类型防水铜版纸的研究及报道亦越来越多，一般需要通过磨浆、添加较多的湿强剂，以及添加较多的抗水剂等进行多方面的调整等，才可以达到纸张抗水的要求，对抄造要求较高，且较多的湿强剂的添加会影响损纸的回收，导致纸车的运转困难。

对纸张抄造工艺来看，表面施胶技术是比较成熟的工艺，普通的表面施胶，可以提供纸张一定的表面抗水性能，表面强度及纤维覆盖性能，减少纤维的润涨。从传统的表胶工艺来看，一般均采用普通淀粉施胶，有特殊要求的会有选择性的添加一定量的普通表面施胶剂(例如AKD、苯乙烯/丙烯酸脂共聚物、苯乙烯/亚克力共聚物分散体、AKD-SAE共聚物等)，提高纸张的表面封闭性能。

由于施胶工艺的限制，采用传统的表面施胶后，仅能维持简单的表面抗水性能，远远不能满足防水铜的抗水要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何制造一种抗水胶体，从而能够通过简单的抄造工序，有效的提高纸张表面的抗水性能，达到防水铜抗水的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种抗水胶体的制备方法，所述方法包括：对淀粉进行酶切蒸煮，控制酶切蒸煮后的淀粉分子中呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连；在所述酶切蒸煮后的淀粉中加入有机硅，所述有机硅的加入量为淀粉绝干量的1-15％，经过高温蒸煮保温过程得到所述抗水胶体。

其中，所述经过高温蒸煮保温过程后，还包括：加入微纤化纤维素分散均匀。

其中，所述微纤化纤维素的直径为10-50nm，长度为2-30μm；所述微纤化纤维素的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％。

其中，所述经过高温蒸煮保温过程后，还包括：加入表面活性剂分散均匀。

其中，所述表面活性剂的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％；所述表面活性剂为水溶性高分子聚电解质类。

其中，所述有机硅为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、离子型羟基硅油乳液、复合离子型羟基硅油乳液、氨基有机硅、酰胺基有机硅、酯基有机硅、氰基有机硅、羧基有机硅以及环氧基有机硅中的至少一种。

其中，所述高温蒸煮的温度为100-140℃，保温温度为80-95℃，保温时间为0.5-3h。

其中，所述高温蒸煮的温度为120-140℃，保温温度为90-95℃，保温时间为0.5-1.0h。

其中，所述有机硅的加入量为淀粉绝干量的3-8％。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种涂布纸，所述涂布纸的表面涂布有上述制备方法制备得到的抗水胶体。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明对淀粉进行蒸煮酶切，控制淀粉的分子链，保持淀粉拥有一定的稳定性和表面成膜性，并进而加入有机硅与酶切后的淀粉进行蒸煮反应，有机硅会与淀粉形成疏水性较强的乳液，疏水基--CH₃朝外，聚硅油乳液的硅原子、氧原子与溶液中的某些原子形成配价键和氢键，产生较强的抗水胶体。通过这样的方式制备得到的抗水胶体涂布于纸张表面，纸张表面抗水性能有较高幅度的提升。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种抗水胶体的制备方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种抗水胶体的制备方法的流程图，如图所示，本发明实施例提供的抗水胶体的制备方法包括：

S10：对淀粉进行酶切蒸煮，控制酶切蒸煮后的淀粉分子中呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连。

本发明实施例中所述的酶切蒸煮后的淀粉是指由α-D-葡萄糖聚合而成的高聚物。

在具体实现时，可以选用常规的淀粉原料，比如木薯原淀粉、玉米原淀粉等中的一种或多种的组合。选用高温α-淀粉酶与淀粉原料混合蒸煮。高温α-淀粉酶能够随机切断淀粉分子链中的α-D-1，4糖苷键，而不影响α-D-1,6糖苷键，保持淀粉拥有一定的稳定性和表面成膜性。

通过控制蒸煮温度和蒸煮时间，从而控制酶切蒸煮后的淀粉分子中呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连。其中，举例而言，对淀粉进行酶切蒸煮的温度为100-140℃，比如110℃、115℃、120℃、130℃、135℃等等。优选为120-140℃。比如125℃、130℃、135℃、140℃等。

S11：在酶切蒸煮后的淀粉中加入有机硅，有机硅的加入量为淀粉绝干量的1-15％，经过高温蒸煮保温过程得到抗水胶体。

当控制酶切蒸煮后的淀粉分子满足呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连时，往淀粉中加入有机硅混合，然后一起经过高温蒸煮保温过程从而得到抗水胶体。这里的高温蒸煮控制跟淀粉酶切蒸煮过程的温度保持一致。举例而言，高温蒸煮的温度为100-140℃，比如110℃、115℃、120℃、130℃、135℃等等。优选为120-140℃。比如125℃、130℃、135℃、140℃等。

经过高温蒸煮后，进行保温处理，其中，保温温度为80-95℃，比如80℃、85℃、90℃、95℃等等，优选保温温度为90-95℃，比如92℃、94℃、95℃等等。保温时间为0.5-3h，比如1h、1.5h、2h、2.5h等等，优选保温时间为0.5-1.0h，比如0.7h、0.8h、1h等。

通过与淀粉相容性好的有机硅与酶切蒸煮后的淀粉共同蒸煮，有机硅会与淀粉形成疏水性较强的乳液，疏水基--CH₃朝外，聚硅油乳液的硅原子、氧原子形成配价键和氢键，产生较强的抗水胶体。

其中，作为一种可能的实现方式，本发明实施例中的有机硅采用含硅类的复合抗水乳液，与淀粉相容性好，比如可以采用离子型或者羟基类有机硅。举例而言，本发明实施例中的有机硅可以选自甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、离子型羟基硅油乳液、复合离子型羟基硅油乳液、氨基有机硅、酰胺基有机硅、酯基有机硅、氰基有机硅、羧基有机硅以及环氧基有机硅中的一种或多种的组合。

另外，发明人研究发现，有机硅的加入量的控制也是影响本发明实施例中抗水胶体性能的一个重要因素。加入量过少，导致淀粉与有机硅的反应不够完全，最终抗水胶体的抗水性能不能得到有效改善，加入量过多，导致原料的浪费，并且过多残留的有机硅也会影响最终抗水胶体的性能。因此，本申请发明人经研究确定控制有机硅的加入量为淀粉绝干量的1-15％。比如有机硅的加入量为淀粉绝干量的2％、5％、8％、10％、13％、15％等等。优选控制有机硅的加入量为淀粉绝干量的3-8％。比如4％、5％、6％、7％等等。

以上是本发明其中一个实施例提供的抗水胶体的制备方法，通过对淀粉进行蒸煮酶切，控制淀粉的分子链，保持淀粉拥有一定的稳定性和表面成膜性，并进而加入有机硅与酶切后的淀粉进行蒸煮反应，有机硅会与淀粉形成疏水性较强的乳液，疏水基--CH₃朝外，聚硅油乳液的硅原子、氧原子与溶液中的某些原子形成配价键和氢键，产生较强的抗水胶体。通过这样的方式制备得到的抗水胶体涂布于纸张表面，纸张表面抗水性能有较高幅度的提升。

作为一种优选的实现方案，在本发明的另一实施例中，经过上述高温蒸煮保温过程后，还进一步包括：往高温蒸煮保温过程后的混合物中加入微纤化纤维素(MFC)分散均匀，以得到抗水胶体。

其中，本实施例中，加入的微纤化纤维素直径10-50nm，长度为2-30μm，微纤化纤维素的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％。比如0.4％、1％、2％、4％、5％等等。优选微纤化纤维素的加入量为淀粉绝干量的0.7-5％。比如0.9％、1.5％、2％、2.5％、3％、4％等。

一方面，有机硅与淀粉形成疏水性较强的聚硅油乳液硅原子、氧原子也会与MFC的某些原子形成配价键和氢键，从而产生较强的抗水胶体。

另一方面，由于本发明实施例中的微纤化纤维素的直径达到纳米级别，具有很多优异的性质，比如较强的化学反应活性(表面富含羟基)、高杨氏模量(理论值达到145GPa)、高强度(微纤化纤维膜的抗张强度达到82.2-90.3MPa)等。由于高度微细纤维化而使其具有极大的比表面积，使纤维表面裸露出大量的极性羟基，与有机硅的结合力较强，在形成抗水性能的同时，亦能提供较佳的强度。

作为一种更优选的实现方案，在加入微纤化纤维素后，进一步加入表面活性剂混合均匀。

其中，表面活性剂的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％，比如0.5％、1％、1.5％、2.5％、3％、5％等等。优选微纤化纤维素的加入量为淀粉绝干量的0.4-2％。比如0.5％、0.7％、1％、1.5％、1.8％、2％等。

本发明实施例中加入的表面活性剂优选为水溶性高分子聚电解质类，举例来说，表面活性剂可以是聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钾以及聚丙烯酸铵中的一种或者多种的组合。

本领域技术人员应当清楚，当本发明实施例中微纤化纤维素与表面活性剂都添加时，其两者的加入顺序并不做严格限定，也就是说，微纤化纤维素与表面活性剂可以同时加入到高温蒸煮保温过程后混合物中，也可以一前一后分别加入到混合物中。

以上本发明另一实施例提供的抗水胶体的制备方法，对淀粉进行蒸煮酶切，控制淀粉的分子链，保持淀粉拥有一定的稳定性和表面成膜性，并进而加入有机硅与酶切后的淀粉进行蒸煮反应，有机硅会与淀粉形成疏水性较强的乳液，疏水基--CH₃朝外，聚硅油乳液的硅原子、氧原子与溶液中的某些原子形成配价键和氢键，产生较强的抗水胶体。并进一步通过加入微纤化纤维素，有机硅与淀粉形成疏水性较强的聚硅油乳液硅原子、氧原子也会与MFC的某些原子形成配价键和氢键，从而产生较强的抗水胶体，并且由于微纤化纤维素的高度微细纤维化而使其具有极大的比表面积，使纤维表面裸露出大量的极性羟基，与有机硅的结合力较强，在形成抗水性能的同时，亦能提供较佳的强度。

通过将本实施例制备得到的抗水胶体应用在纸张表面，与传统的施胶技术相比，其纸张表面抗水性能有较高幅度的提升，且可以提供较佳的表面强度，在维持纸张基本品质的同时，还可以进一步提高纸张灰分，以及降低长纤用量，从而降低纸张成本。本发明的方法可操作性较强，施胶液的固含、粘度容易控制，制备得到的抗水胶体可以适用于各种抗水纸张的生产需求，具有较高的推广适用性。

在以上本发明实施例提供的抗水胶体的制备方法的基础上，本发明实施例进一步提供一种涂布纸，该涂布纸表面涂布有上述制备方法制备得到的抗水胶体。

本领域技术人员可以理解，本发明上述制备方法制备得到的抗水胶体可以作为纸张的表胶或者背胶，也可以同时作为纸张的表胶和背胶。也就是说，本发明实施例所提供的涂布纸，可以只是一个表面上涂布有以上方法制备得到的抗水胶体，也可以是两个表面都涂布有上述制备方法得到的抗水胶体。

经过试验表明，相对于传统施胶，采用本发明制备方法制备得到的抗水胶体进行施胶，纸张的强度及抗水性能有明显的提升。特别是，如果在原纸表胶及背胶同时采用本发明方法制备得到的抗水胶体施胶，纸张的抗水性能和强度的提升尤其显著。

为了进一步说明本发明的技术方案，以下以具体的实施例以及对比例来辅助加以说明。本领域技术人员应当理解，本发明的以下具体实施例中，只不过是本发明所列举的实现本发明方案的较优实施例，并不用以限定本发明的保护范围，所列举的具体物质、具体物质用量以及具体的工艺参数只是作为一种举例。

实施例1：

淀粉：玉米原淀粉，100份

有机硅：3份

MFC:0.7份

表面活性剂：0.4份

玉米原淀粉在酶切蒸煮时，加入有机硅，蒸煮温度120，90℃保温0.5h，保温过程中加入MFC及表面活性剂，搅拌均匀，施胶。

实施例2

淀粉：木薯原淀粉，100份

有机硅：5份

MFC:1.2份

表面活性剂：1份

木薯原淀粉在酶切蒸煮时，加入有机硅，蒸煮温度130，90℃保温1h，保温过程中加入MFC及表面活性剂，搅拌均匀，施胶。

实施例3

淀粉：木薯原淀粉，100份

有机硅：8份

MFC:5份

表面活性剂：2份

木薯原淀粉在酶切蒸煮时，加入有机硅，蒸煮温度140，95℃保温1h，保温过程中加入MFC及表面活性剂，搅拌均匀，施胶。

实施例4

淀粉：木薯原淀粉，100份

有机硅：6份

MFC:4份

表面活性剂：1份

木薯原淀粉在酶切蒸煮时，加入有机硅，蒸煮温度140，95℃保温1h，保温过程中加入MFC及表面活性剂，搅拌均匀，施胶。

对比例1

淀粉：玉米原淀粉，100份

玉米原淀粉经过酶切、蒸煮、稀释后施胶。

对比例2

淀粉：木薯原淀粉，100份

AKD型表面上胶剂：8份

木薯原淀粉经过酶切、蒸煮稀释后加入AKD型表面上胶剂，搅拌均匀，施胶。

针对以上不同实施例和对比例制备得到的胶剂涂料，抄造设计防水单面铜版纸如下：

针对以上不同实施例和对比例制备得到的胶剂，抄造设计防水双面铜版纸如下：

从以上实施例和对比例施胶涂布得到的纸张性能可以知道，以对比例的传统表胶技术进行施胶，采用实施例制备的胶体施胶，纸张的强度及抗水性能有明显的提升；并且随着有机硅及MFC用量的提升，纸张在抗水性能及强度方面提升明显。特别可以看到的是，如果在原纸表胶及背胶同时采用本发明实施例制备的抗水胶体施胶，纸张的抗水性能最佳。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种抗水胶体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

对淀粉进行酶切蒸煮，控制酶切蒸煮后的淀粉分子中呈线性的直链部分以α-D-1,4糖苷键连接，而支链则以α-D-1,6糖苷键与主链相连；

在所述酶切蒸煮后的淀粉中加入有机硅，所述有机硅的加入量为淀粉绝干量的1-15％，经过高温蒸煮保温过程得到所述抗水胶体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经过高温蒸煮保温过程后，还包括：

加入微纤化纤维素分散均匀。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微纤化纤维素的直径为10-50nm，长度为2-30μm；所述微纤化纤维素的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经过高温蒸煮保温过程后，还包括：

加入表面活性剂分散均匀。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂的加入量为淀粉绝干量的0.1-6％；所述表面活性剂为水溶性高分子聚电解质类。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机硅为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、离子型羟基硅油乳液、复合离子型羟基硅油乳液、氨基有机硅、酰胺基有机硅、酯基有机硅、氰基有机硅、羧基有机硅以及环氧基有机硅中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温蒸煮的温度为100-140℃，保温温度为80-95℃，保温时间为0.5-3h。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高温蒸煮的温度为120-140℃，保温温度为90-95℃，保温时间为0.5-1.0h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机硅的加入量为淀粉绝干量的3-8％。

10.一种涂布纸，其特征在于，所述涂布纸的表面涂布有权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的抗水胶体。