CN108949022B - 一种生物胶乳、生物胶乳涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物胶乳、生物胶乳涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物胶乳、生物胶乳涂料及其制备方法和应用。本发明所述生物胶乳，制备原料包括如下重量份数的组分：淀粉100份、水10～50份、丙三醇5～50份、氢氧化钠1～20份、甲氧基‑聚乙二醇‑羧酸1～30份。本发明所述涂料包含以下组分：生物胶乳，颜料，助剂。将本发明涂料应用于造纸领域，可生产出表面强度增高，光泽优良的纸张；可以降低石油基胶乳的使用量，从而降低造纸涂布工序中涂料的成本，同时减少涂布纸中有害物质含量，扩大包装用纸的范围，满足环境保护的要求。

Description

一种生物胶乳、生物胶乳涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于胶乳涂料领域，具体涉及一种生物胶乳、生物胶乳涂料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济的发展，市场对涂布纸和相关纸制品的要求越来越高。其中，石油裂解产物合成的丁苯胶乳、苯丙胶乳等因含有危害人体和环境的苯系残留物而就逐渐被取代，同时，由于石油资源的枯竭，造成这类胶乳的造价逐渐提高，纸制品的成本也相应提升，限制了造纸以及涂布业的发展。
淀粉是一种天然多糖，在自然界中广泛存在，其低廉又环保的特性，让众多造纸企业转向对生物胶乳的研究。通过物理、化学、生物等方式对淀粉进行改性，得到的生物胶乳具有固含量高，粘度低，稳定性好，粒径均一等优点。同时，采用反应挤出的方式，操作简便，效率高，周期短等，可以更方便地得到淀粉基生物胶乳。再与其他颜料助剂等配合使用，就能得到便宜且涂布效果良好的造纸用环保生物胶乳涂料。
中国专利CN102300908 A和美国专利US2010143738公布了一种生物胶乳的制备方法，得到了核-壳结构的生物胶乳，其外壳带有很多羟基，这些羟基的存在，使得胶乳吸水性增强，与纸张中的水进行更好的结合，从而影响纸张质量。因此提供一种表面羟基数目少，吸水性低，涂布时不影响纸张质量的生物胶乳涂料意义重大。
发明内容
为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明首要目的是提供一种生物胶乳及其制备方法。
本发明的另一目的为提供上述生物胶乳制备的涂料及其制备方法。
本发明的再一目的为提供上述涂料的应用。
为降低淀粉基生物胶乳表面羟基的数目，本发明采用不同分子量的甲氧基-聚乙二醇-羧酸改性淀粉。在碱性条件下，羧基与淀粉中的羟基进行酯化反应，使羟基数目减少，同时长链PEG(聚乙二醇)的存在可以降低淀粉分子中氢键的相互作用，使其在挤出过程中，得到更小、更均一尺寸的生物胶乳，之后再与其他颜料、助剂相配合得到环保性造纸用涂料。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种生物胶乳，其特征在于，制备原料包括如下重量份数的组分：淀粉100份、水10～50份、丙三醇5～50份、氢氧化钠1～20份、甲氧基-聚乙二醇-羧酸1～30份。
优选的，所述的甲氧基-聚乙二醇-羧酸分子量为550～20000，更优选的，所述甲氧基-聚乙二醇-羧酸分子量为550、1000、2000、5000、10000、20000中的一种或两种以上，所述的淀粉为玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或两种以上。
上述生物胶乳的制备方法，包括如下步骤：将淀粉与甲氧基-聚乙二醇-羧酸、氢氧化钠、水、丙三醇混合均匀，再放入双螺杆挤出机中，经反应挤出得到生物胶乳，其中挤出机的加料段温度为30～100℃，螺杆转速为40～500rpm，物料加热挤出段温度为50～300℃。
一种生物胶乳涂料，按质量份数计，包括以下组分：上述的生物胶乳10～30份、颜料50～80份、助剂1～20份。
优选的，所述的颜料为高岭土、碳酸钙、碳酸钡、滑石粉、氢氧化铝、氧化锌、锻白粉中的一种或两种以上。
优选的，所述的助剂为消泡剂、润滑剂、分散剂、增稠剂、抗水剂中的一种或两种以上。
优选的，所述的润滑剂为硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸铵、石蜡、油酸钙、聚乙二醇、大豆卵磷脂中的一种或两种以上，所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、四聚磷酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚乙烯醇中的一种或两种以上。
优选的，所述的增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸中的一种或两种以上，所述的抗水剂为三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆铵、聚酰胺聚脲树脂中的一种或两种以上，所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、辛醇、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯中的一种或两种以上。
上述的生物胶乳涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按质量份数计，将生物胶乳、颜料、助剂混合均匀即得到生物胶乳涂料。上述的生物胶乳涂料在造纸工业的底涂、中涂过程中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)以淀粉及其衍生物代替部分石油衍生品，可以减少石油衍生品的用量，降低胶乳生产成本，有利于保护环境。
(2)与现有淀粉基生物胶乳相比较，本发明采用含有端基羧基的长链PEG与淀粉中的羟基进行酯化反应，减少了淀粉分子中的羟基数目，避免多羟基的生物胶乳涂料在后续涂布纸张时，造成吸水性增强，而对纸张光泽度，耐折度，抗水性等产生不利影响，达到了改善淀粉基生物胶乳耐水性的目的。
具体实施方式
实施例1
淀粉基生物胶乳制备方法：将100g淀粉(阿拉丁)，30g水，5g丙三醇(阿拉丁)，10g甲氧基-聚乙二醇-羧酸(分子量为550，西安凯新生物科技有限公司)和8g氢氧化钠(阿拉丁)，放入搅拌机中(上海世赫机电设备有限公司，SGB-S450搅拌机)，搅拌混合2h，得到的均匀物料放入双螺杆挤出机(东莞市世研精密仪器有限公司，SY-6217-B)中挤出，设定转速80rpm，加料段温度50℃，物料加热段温度120℃，输送段温度100℃。
取10g上述制得的生物胶乳，加入80g碳酸钙(阿拉丁)，3g辛醇(阿拉丁)，0.5g大豆卵磷脂(阿拉丁)，7g焦磷酸钠(阿拉丁)，2g聚丙烯酸(阿拉丁)，5g聚酰胺聚脲树脂(青州市得海精细化工厂)，混合均匀即得涂料。
实施例2
淀粉基生物胶乳制备方法：将100g淀粉(阿拉丁)，25g水，10g丙三醇(阿拉丁)，10g甲氧基-聚乙二醇-羧酸(分子量为1000,西安凯新生物科技有限公司)和8g氢氧化钠(阿拉丁)，放入高速混合机中(同实施例1)，混合2h得到的均匀物料，放入双螺杆挤出机(东莞市世研精密仪器有限公司，SY-6217-B)中挤出，设定转速90rpm，加料段温度50℃，物料加热段温度120℃，输送段温度100℃。
取10g上述生物胶乳，加入80g高岭土(阿拉丁)，3g硅油，0.5g硬脂酸钠(阿拉丁)，5g六偏磷酸钠(阿拉丁)，2g甲基纤维素(阿拉丁)，3g三聚氰胺甲醛树脂(济南大晖化工科技有限公司)，混合均匀即得涂料。
实施例3
淀粉基生物胶乳制备方法：将100g淀粉(阿拉丁)，30g水，10g丙三醇(阿拉丁)，10g甲氧基-聚乙二醇-羧酸(分子量为2000,西安凯新生物科技有限公司)和10g氢氧化钠(阿拉丁)，放入高速混合机中(同实施例1)，混合2h得到的均匀物料，放入双螺杆挤出机(东莞市世研精密仪器有限公司，SY-6217-B)中挤出，设定转速90rpm，加料段温度50℃，物料加热段温度120℃，输送段温度110℃。
取15g上述生物胶乳，加入60g碳酸钡(阿拉丁)，4g磷酸三丁酯(阿拉丁)，0.5g硬脂酸铵(阿拉丁)，4g聚乙烯醇(阿拉丁)，3g羧甲基纤维素(阿拉丁)，4g三聚氰胺甲醛树脂(济南大晖化工科技有限公司)，混合均匀即得涂料。
实施例4
淀粉基生物胶乳制备方法：将100g淀粉(阿拉丁)，35g水，5g丙三醇(阿拉丁)，10g甲氧基-聚乙二醇-羧酸(分子量为10000,西安凯新生物科技有限公司)和10g氢氧化钠(阿拉丁)，放入高速混合机中(同实施例1)，混合2h得到的均匀物料，放入双螺杆挤出机(东莞市世研精密仪器有限公司，SY-6217-B)中挤出，其中，设定转速80rpm，加料段温度50℃，物料加热段温度130℃，输送段温度110℃。
取15g上述生物胶乳，加入60g滑石粉(阿拉丁)，5g磷酸三丙酯(阿拉丁)，0.5g油酸钙(北京京泽旺化工有限公司)，5g聚甲基丙烯酸钠(阿拉丁)，2g聚丙烯酸(阿拉丁)，5g碳酸锆铵(上海泰坦科技股份有限公司)，混合均匀即得涂料。
实施例1～4制得的生物胶乳性能如表1所示。其中胶乳平均粒径用Dynapro动态光散射仪测得，胶乳粘度用NDJ-5S数显式旋转液体粘度计测得，胶乳机械稳定性用GZ120型悬臂式强力电动搅拌机测得。
表1实施例1～4制得的生物胶乳性能一览表
Figure BDA0001687658110000051
由表1可以看出，采用挤出的方法，通过加入不同分子量的端基羧基的长链PEG改性淀粉，所得的生物胶乳颗粒尺寸较为均一。但随着PEG分子量的增加，胶乳粘度增加，这与PEG的链长增加，粘度增加有关。同时高分子量的长链存在，空间位阻较大，与淀粉分子接触较为困难，不能很好得减弱淀粉中氢键的作用，胶乳粒径也因此增加。但通过改性可以得到较为均一稳定的纳米胶乳，再添加颜料，助剂，制得生物胶乳涂料。
以上所述，仅为本发明的较佳实施实例而已，并非是对本发明的技术方案作任何形式上限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施实例所作任何的简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种生物胶乳，其特征在于，制备原料包括如下重量份数的组分：淀粉100份、水10～50份、丙三醇5～50份、氢氧化钠1～20份、甲氧基-聚乙二醇-羧酸1～30份；
所述的生物胶乳的制备方法包括如下步骤：将淀粉与甲氧基-聚乙二醇-羧酸、氢氧化钠、水、丙三醇混合均匀，再放入双螺杆挤出机中，经反应挤出得到生物胶乳，其中挤出机的加料段温度为30～100℃，螺杆转速为40～500rpm，物料加热挤出段温度为50～300℃；
所述的甲氧基-聚乙二醇-羧酸分子量为550～20000，所述的淀粉为玉米淀粉、蜡质玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或两种以上。
2.一种生物胶乳涂料，其特征在于，按质量份数计，包括以下组分：权利要求1所述的生物胶乳10～30份、颜料50～80份、助剂1～20份。
3.根据权利要求2所述的生物胶乳涂料，其特征在于，所述的颜料为高岭土、碳酸钙、碳酸钡、滑石粉、氢氧化铝、氧化锌、锻白粉中的一种或两种以上。
4.根据权利要求2所述的生物胶乳涂料，其特征在于，所述的助剂为消泡剂、润滑剂、分散剂、增稠剂、抗水剂中的一种或两种以上。
5.根据权利要求4所述的生物胶乳涂料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸铵、石蜡、油酸钙、聚乙二醇、大豆卵磷脂中的一种或两种以上，所述的分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、四聚磷酸钠、聚甲基丙烯酸钠、聚乙烯醇中的一种或两种以上。
6.根据权利要求4所述的生物胶乳涂料，其特征在于，所述的增稠剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸中的一种或两种以上，所述的抗水剂为三聚氰胺甲醛树脂、碳酸锆铵、聚酰胺聚脲树脂中的一种或两种以上，所述的消泡剂为聚二甲基硅氧烷、辛醇、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯中的一种或两种以上。
7.权利要求2～6任一项所述的生物胶乳涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按质量份数计，将生物胶乳、颜料、助剂混合均匀即得到生物胶乳涂料。
8.权利要求2～6任一项所述的生物胶乳涂料在造纸工业的底涂、中涂过程中的应用。
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