CN109487620A - 一种造纸干强剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉8％～15％、聚丙烯酰胺乳液20％～30％、高取代度阳离子淀粉10％～20％、硅藻土0.5％～5％、非离子瓜尔胶0.5％～3％、防交联剂0.5％～2％、多元复合催化剂0.1％～1％、pH调节剂0.05％～0.5％及去离子水余量。本发明的造纸干强剂能有效增加造纸浆料中纤维间的结合面积和结合强度，形成更多的氢键，从而提高纸张的物理强度。同时，本发明的造纸干强剂还可提高纤维和填料的留着率，从而减少造纸生产中的资源流失，减轻造纸废水的处理压力，其制备方法简单，所采用的原料来源广泛，制备过程无三废产生，安全环保。

Description

一种造纸干强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及造纸技术领域，具体涉及一种造纸干强剂及其制备方法。
背景技术
随着社会经济水平的不断提高，消费者对纸张的质量和档次的要求也越来越高。强度是纸张的一种结构性质，主要取决于纸页中纤维之间的结合情况和纤维本身的性质。纤维间结合的强度与结合内部形成的氢键、共价键的数量和质量直接相关。纸张强度的提高可以通过打浆、提高长纤维的配比和使用增强剂来实现。在环境污染与资源短缺的影响下，越来越多的废纸纤维被重复利用到纸张抄造中，因此，造纸增强剂的应用对于提高纸张强度显得尤为重要。干强剂是一种用以增强纤维之间的结合力，提高纸张物理强度而不影响其湿强度的精细化学品。
目前，在造纸干强剂制备中使用最多的是聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺(PAM)是水溶性高分子化合物，丙烯酰胺经过聚合可以制备不同分子量及电荷密度的聚丙烯酰胺衍生物。聚丙烯酰胺分子主链上的酰胺基和双键具有很好反应活性，可以通过中和电荷、交联架桥、嵌入或吸附在纸浆纤维中进行网状分布，达到很好的助留助滤及纸张增强效果。但是，由于聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合得到的，因此会存在分子量分布不均匀等问题，作为纸张增强剂的效果不好，其线型结构也导致并不能与纤维素形成致密的网状结构，对于短小纤维的助留助滤效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点和不足，提供一种造纸干强剂及其制备方法。所述造纸干强剂能有效增加造纸浆料中纤维间的结合面积和结合强度，形成更多的氢键，从而提高纸张的物理强度，还可提高浆料中纤维和填料的留着率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉8％～15％、聚丙烯酰胺乳液20％～30％、高取代度阳离子淀粉10％～20％、硅藻土0.5％～5％、非离子瓜尔胶0.5％～3％、防交联剂0.5％～2％、多元复合催化剂0.1％～1％、pH调节剂0.05％～0.5％及去离子水余量。
大豆蛋白粉是将提取过豆油的大豆粕经低温脱溶后得到的副产品，是由近20种氨基酸组成的高聚物，是一种循环可再生资源，来源丰富，价格低廉，具有凝胶性、乳化性及持水性等性质，加工性能好，安全无污染。
聚丙烯酰胺乳液是一种新型的聚丙烯酰胺产品形态，与传统的聚丙烯酰胺干粉产品相比，具有溶解速度快、能耗低、环保、安全及有效含量高等特点。聚丙烯酰胺乳液的适用pH值范围广，电荷稳定性高，可与纤维上的阴离子形成离子键，其中的酰胺基还能与纤维上的羟基形成氢键。本发明采用的聚丙烯酰胺乳液为采用反相乳液法生产的，购自河南信泉化工科技有限公司，CAS：9003-05-8，其分子量高(600万～2000万)，性能稳定，无需破乳可直接使用，水溶性强，溶解速度快，能够进行各种化学反应。
阳离子淀粉属于化学改性淀粉，对带负电荷的物质具有亲和性。高取代度阳离子淀粉具有高分散性和溶解性，能冷水膨胀，分散液的澄清度和稳定性高，粘度稳定，共容性好。高取代度阳离子淀粉的正电荷易于与纸浆中带负电荷的填料和纤维(包括细小纤维)结合，从而提高抄纸时对细小纤维和填料的留着率，还能增强纸张的干湿强度，同时达到助留和增强的效果。优选地，所述高取代度阳离子淀粉的取代度为0.2～0.3。
本发明通过大量实验研究发现，大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉以本发明配方复配，在纸张增强方面具有协同增效作用，从而使造纸干强剂的纸张增强效果更好。
优选地，所述大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉的质量之比为，大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝10～14:22～28:12～16。此时，大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉在纸张增强方面的协同增效作用较好，造纸干强剂的纸张增强效果也较好。
优选地，所述大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉的质量之比为，大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝12:25:15。此时，大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉在纸张增强方面的协同增效作用最好，造纸干强剂的纸张增强效果也最好。
硅藻土是一种对人体无害的天然矿物，其主要化学成分为二氧化硅，具有孔隙度大、吸附性强、容重小和无毒等特性。我国的硅藻土资源丰富，但传统用途单一，主要局限于助滤剂产品。本发明通过实验发现，在本发明的造纸干强剂配方中，加入适量的硅藻土，能有效增加造纸干强剂对纸张的增强效能。
非离子瓜尔胶是一种从天然豆科植物中提取的籽胶，水溶性好，其有着与纤维素非常类似的多糖单体结构，因而对纤维有很强的亲和力，可强有力地吸附到纸浆纤维上而产生增强效果。
较优选地，所述造纸干强剂由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉10％～14％、聚丙烯酰胺乳液22％～28％、高取代度阳离子淀粉12％～16％、硅藻土2％～4％、非离子瓜尔胶1％～3％、防交联剂1％～2％、多元复合催化剂0.4％～0.8％、pH调节剂0.1％～0.4％及去离子水余量。
最优选地，所述造纸干强剂由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉12％、聚丙烯酰胺乳液25％、高取代度阳离子淀粉15％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、防交联剂1.5％、多元复合催化剂0.6％、pH调节剂0.3％及去离子水余量。
优选地，所述防交联剂包括硫酸钠、氯化钠中的至少一种。
优选地，所述多元复合催化剂包括过硫酸钾、过硫酸胺中的至少一种。
优选地，所述pH调节剂为盐酸、硫酸、醋酸、乙酸、柠檬酸中的至少一种。
优选地，所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、防交联剂、多元复合催化剂和pH调节剂，在70～80℃下搅拌1～2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的造纸干强剂能有效增加造纸浆料中纤维间的结合面积和结合强度，形成更多的氢键，从而提高纸张的物理强度。
2、本发明的造纸干强剂用于造纸湿部中，其制备方法简单，所采用的原料来源广泛，制备过程无三废产生，安全环保。
3、本发明的造纸干强剂还可提高浆料中纤维和填料的留着率，减少了造纸生产中的资源流失，也减轻了造纸废水的处理压力。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本发明实施例使用的高取代度阳离子淀粉的取代度为0.2，可购自山东东达生物化工有限公司。
实施例1
本发明实施例1提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉12％、聚丙烯酰胺乳液25％、高取代度阳离子淀粉15％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、硫酸钠1.5％、过硫酸钾0.6％、盐酸0.3％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例2
本发明实施例2提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉10％、聚丙烯酰胺乳液28％、高取代度阳离子淀粉12％、硅藻土2％、非离子瓜尔胶3％、氯化钠1％、过硫酸胺0.8％、硫酸0.1％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、氯化钠、过硫酸胺和硫酸，在70℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例3
本发明实施例3提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉14％、聚丙烯酰胺乳液22％、高取代度阳离子淀粉16％、硅藻土4％、非离子瓜尔胶1％、氯化钠2％、过硫酸胺0.4％、柠檬酸0.4％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、氯化钠、过硫酸胺和柠檬酸，在80℃下搅拌1h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例4
本发明实施例4提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉15％、聚丙烯酰胺乳液20％、高取代度阳离子淀粉20％、硅藻土0.5％、非离子瓜尔胶0.5％、硫酸钠1％、过硫酸钾1％、乙酸0.05％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和乙酸，在80℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例5
本发明实施例5提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉8％、聚丙烯酰胺乳液30％、高取代度阳离子淀粉10％、硅藻土5％、非离子瓜尔胶3％、硫酸钠0.5％、过硫酸胺1％、醋酸0.5％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸胺和醋酸，在75℃下搅拌1.5h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例6
本发明实施例6提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉10％、聚丙烯酰胺乳液30％、高取代度阳离子淀粉15％、硅藻土1％、非离子瓜尔胶2.5％、氯化钠1％、过硫酸胺0.1％、盐酸0.1％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、氯化钠、过硫酸胺和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例7
本发明实施例7提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉10％、聚丙烯酰胺乳液30％、高取代度阳离子淀粉12％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、硫酸钠1.5％、过硫酸钾0.6％、盐酸0.3％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
实施例8
本发明实施例8提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉15％、聚丙烯酰胺乳液20％、高取代度阳离子淀粉17％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、硫酸钠1.5％、过硫酸钾0.6％、盐酸0.3％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
对比例1
对比例1提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：聚丙烯酰胺乳液32.5％、高取代度阳离子淀粉19.5％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、硫酸钠1.5％、过硫酸钾0.6％、盐酸0.3％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
对比例2
对比例2提供一种造纸干强剂，其由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉17％、聚丙烯酰胺乳液35％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、硫酸钠1.5％、过硫酸钾0.6％、盐酸0.3％及去离子水余量。
所述造纸干强剂的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、硫酸钠、过硫酸钾和盐酸，在75℃下搅拌2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
效果例
测试实施例1～8和对比例1～2的造纸干强剂对纸张的增强效果，同时以市售的聚丙烯酰胺干强剂(即干强剂A)作为对照。
方法：造纸干强剂为湿部添加，用量为15kg/t，试验使用的是回收废纸，废纸经过磨桨等工序制成一定浓度的纸桨使用，使用实验室的循环白水抄片(实验室白水的细小纤维含量约0.13％，PCD为-487ueq/L，白水的电导率为2800us/cm)。最后对制得的纸张进行测试(测试标准GB/T 24323-2009纸浆实验室纸页物理性能的测定)，结果如表1所示。
表1纸张增强效果
从表1的结果可看出，本发明实施例1～8的造纸干强剂均能显著提高纸张的物理性能、以及浆料中纤维和填料的留着率，尤其以实施例1的效果最优，其次是实施例2和实施例3，因此，本发明以实施例1的配方作为最优选配方。此外，从实施例的结果可看出，大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝10～14:22～28:12～16(质量比)时，造纸干强剂的增强效果较优，且大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝12:25:15(质量比)时，造纸干强剂的增强效果最优。
比较实施例1和对比例1～2可知，大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉以本发明配方复配，在纸张增强方面具有协同增效作用，从而使造纸干强剂的纸张增强效果更好。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种造纸干强剂，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉8％～15％、聚丙烯酰胺乳液20％～30％、高取代度阳离子淀粉10％～20％、硅藻土0.5％～5％、非离子瓜尔胶0.5％～3％、防交联剂0.5％～2％、多元复合催化剂0.1％～1％、pH调节剂0.05％～0.5％及去离子水余量。
2.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉的质量之比为，大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝10～14:22～28:12～16。
3.如权利要求2所述的造纸干强剂，其特征在于，所述大豆蛋白粉、聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉的质量之比为，大豆蛋白粉：聚丙烯酰胺乳液：高取代度阳离子淀粉＝12:25:15。
4.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述造纸干强剂由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉10％～14％、聚丙烯酰胺乳液22％～28％、高取代度阳离子淀粉12％～16％、硅藻土2％～4％、非离子瓜尔胶1％～3％、防交联剂1％～2％、多元复合催化剂0.4％～0.8％、pH调节剂0.1％～0.4％及去离子水余量。
5.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述造纸干强剂由如下重量百分比的组分组成：大豆蛋白粉12％、聚丙烯酰胺乳液25％、高取代度阳离子淀粉15％、硅藻土3％、非离子瓜尔胶2％、防交联剂1.5％、多元复合催化剂0.6％、pH调节剂0.3％及去离子水余量。
6.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述高取代度阳离子淀粉的取代度为0.2～0.3。
7.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述防交联剂包括硫酸钠、氯化钠中的至少一种。
8.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述多元复合催化剂包括过硫酸钾、过硫酸胺中的至少一种。
9.如权利要求1所述的造纸干强剂，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸、硫酸、醋酸、乙酸、柠檬酸中的至少一种。
10.如权利要求1～9任一项所述的造纸干强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚丙烯酰胺乳液和高取代度阳离子淀粉加入去离子水中，搅拌均匀，然后加入大豆蛋白粉和硅藻土，搅拌均匀，然后继续加入非离子瓜尔胶、防交联剂、多元复合催化剂和pH调节剂，在70～80℃下搅拌1～2h，最后冷却至室温，制得所述造纸干强剂。
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