淀粉胶粘剂、其制备方法及应用.pdf

一种淀粉胶粘剂，该淀粉胶粘剂具有网状的结构，该淀粉胶粘剂是由淀粉通过氧化断链而得链段且链段上具有羧基，然后该链段再在交联剂作用下发生交联反应，从而形成具有羧基的网状的结构。该淀粉胶粘剂的制备方法包括步骤：配制淀粉浆液；向淀粉浆液中加入氧化剂，在碱性条件下使淀粉浆液中的淀粉氧化断链生成淀粉链段且使淀粉链段含有羧基；向淀粉浆液中加入交联剂，使淀粉链段产生交联反应从而产生具有羧基的网状结构。该淀粉胶粘剂不仅具有较小的粘度，而且具有较高的稳定性，不易结冻，流动性好，便于输送及运输，该淀粉胶粘剂的制备方法不需要过滤及浓缩过程，从而具有较低的生产成本。另外本发明还公开了该淀粉胶粘剂的一种应用。

权利要求书一种淀粉胶粘剂，其特征在于：该淀粉胶粘剂具有网状的结构，该淀粉胶粘剂是由淀粉通过氧化断链而得链段且链段上具有羧基，然后该链段再在交联剂作用下发生交联反应，从而形成具有羧基的网状的结构。
如权利要求1所述的淀粉胶粘剂，其特征在于：该交联剂选自二醛类物质、三偏磷酸盐类或环氧氯丙烷类物质。
如权利要求2所述的淀粉胶粘剂，其特征在于：该交联剂为乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠中的一种或它们的任意混合物。
一种淀粉胶粘剂的制备方法，包括步骤：
配制淀粉浆液；
向淀粉浆液中加入氧化剂，在碱性条件下使淀粉浆液中的淀粉氧化断链生成淀粉链段且使淀粉链段含有羧基；
向淀粉浆液中加入交联剂，使淀粉链段产生交联反应从而产生具有羧基的网状结构。
如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：所配制淀粉浆液的质量浓度为30％～45％。
如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该氧化剂为次氯酸物或过氧化物。
如权利要求6所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该氧化剂为次氯酸钠或过氧化氢。
如权利要求6所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该氧化剂的用量为淀粉浆液中淀粉绝干重量的12％～20％。
如权利要求6所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该氧化剂为有效氯为10％的次氯酸钠溶液。
如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该淀粉浆液的氧化在常温条件下进行，且PH控制在8.5～10。
如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该交联剂选自二醛类物质、三偏磷酸盐类或环氧氯丙烷类物质。
如权利要求11所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：当选用交联剂为乙二醛类、戊二醛类时，交联反应过程在酸性环境中进行，当选用交联剂为三偏磷酸盐类，环氧氯丙烷类时，交联反应过程在碱性环境下进行。
如权利要求12所述的淀粉胶粘剂的制备方法，当选用交联剂为乙二醛、戊二醛时，交联反应过程在PH控制在5～6.5环境中进行。
如权利要求11所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该交联剂为乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠中的一种。
如权利要求11所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该交联剂的用量为该淀粉浆液的淀粉绝干重量的2％～5％。
如权利要求11所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该交联剂为乙二醛，交联的反应式为：

如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该淀粉浆液在交联时还加入若干催化剂，该催化剂选自氯化镁、硫酸镁中任意一种或二者的混合物。
如权利要求17所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该催化剂的用量为该淀粉浆液的淀粉绝干重量的0.18％～0.20％。
如权利要求4所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该淀粉浆液在交联时还加入若干塑化剂，该塑化剂选自乙二醇、丙三醇、丙二醇、丁二醇中任意一种或它们的任意混合物。
如权利要求19所述的淀粉胶粘剂的制备方法，其特征在于：该塑化剂的用量为该淀粉浆液的淀粉绝干重量的2％～3.5％。
一种如权利要求1所述的淀粉胶粘剂的应用，其特征在于：用该淀粉胶粘剂以至少20％的质量取代胶乳配制施胶液，用于造纸过程中的内部施胶及表面施胶。

说明书淀粉胶粘剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及造纸领域，尤其涉及一种造纸用的淀粉胶粘剂、其制备方法及应用。
背景技术
目前，以石油产品为原料的石油类胶粘剂被广泛用于造纸过程中的内部施胶及表面施胶。但是，为了降低生产成本及保护环境，业界同时掀起了开发淀粉胶粘剂的热潮。现有的淀粉胶粘剂的制备方法都是将淀粉浆液通过变性处理，然后过滤浓缩或甩干，进而干燥得到变性淀粉，使用过程中再加水进行糊化。淀粉浆液的过滤浓缩、甩干及干燥过程，需要相应的设备投资及运行设备的能耗，因此该变性淀粉具有较高的制备成本，并且浓缩或甩干工艺会产生较多滤液，这些滤液不能回收利用，从而造成环境的污染。
再者，采用该制备方法所得的淀粉胶粘剂的稳定性不够高，固含量20％以上的淀粉胶粘剂在室温下放置后容易结练，流动性变差，从而增大了管道运输困难及现场操作难度。
发明内容
有鉴于此，实有必要提供一种生产成本低且稳定性较高的淀粉胶粘剂、其制备方法及应用。
一种淀粉胶粘剂，该淀粉胶粘剂具有网状的结构，该淀粉胶粘剂是由淀粉通过氧化断链而得链段且链段上具有羧基，然后该链段再在交联剂作用下发生交联反应，从而形成具有羧基的网状的结构。
一种淀粉胶粘剂的制备方法，包括步骤：配制淀粉浆液；向淀粉浆液中加入氧化剂，在碱性条件下使淀粉浆液中的淀粉氧化断链生成淀粉链段且使淀粉链段含有羧基；向淀粉浆液中加入交联剂，使淀粉链段产生交联反应从而产生具有羧基的网状结构。
一种淀粉胶粘剂的应用，将上述淀粉胶粘剂以至少20％的质量取代胶乳配制施胶液，用于造纸过程中的内部施胶及表面施胶。
上述淀粉胶粘剂由于具有网状结构，所以不仅具有较小的粘度，而且具有较高的稳定性，因此不易结冻，流动性好，便于输送及运输，该淀粉胶粘剂的制备方法不需要过滤及浓缩过程，从而具有较低的生产成本。而且以此淀粉胶粘剂可以部分取代胶乳，可以大大降低生产成本。
具体实施方式
本发明中的淀粉胶粘剂具有网状的结构，其由淀粉通过氧化断链而得较短的链段且链段上具有羧基，该较短的链段再在胶联剂作用下发生交联反应，从而形成具有羧基的网状的结构。
本发明中的淀粉胶粘剂具有由短链淀粉分子交联而成的网状结构，不仅具有较小的粘度，而且具有较高的稳定性，因此不易结冻，流动性好，便于输送及运输，而且在生产过程中不需要过滤浓缩得到干燥变性淀粉，从而具有较低的生产成本，同时也降低了对环境的污染。
该淀粉胶粘剂的制备方法主要包括以下步骤：
(1)配制淀粉浆液，该淀粉浆液的质量浓度为30％～45％，优选质量浓度为40％～45％。
(2)向该淀粉浆液中加入适量氧化剂，使淀粉浆液中的淀粉进行氧化反应，该氧化剂的选择标准为可在碱性条件下使淀粉氧化断链且断链形成的链段上形成有羧基。如次氯酸物、过氧化物，其中，优选对淀粉进行氧化后，没有有毒的副产物产生的环保型的氧化剂，如次氯酸钠、过氧化氢。该氧化剂的用量以该淀粉浆液中淀粉绝干重量为参考，用量范围为12％～20％，单位为毫升，例如，加入次氯酸钠用量为15％，即，对于100克淀粉绝干重量而言，有效氯为10％的次氯酸钠溶液的用量为15ml。
该氧化反应在常温下反应1.5～3小时，一般反应温度为40℃左右，氧化过程在碱性环境中进行，反应过程中PH控制在8.5～10，该碱性条件可用1mol/L的NaOH等碱液来控制。通过氧化过程，使淀粉分子链断链，变短，碱性环境可以使生成的淀粉链段的上含有一定量的羧基，以增强最终产品的性能，即最后淀粉胶粘剂的强度。
(3)向淀粉浆液中加入交联剂，使氧化后的淀粉进行交联反应。该交联剂选自二醛类物质、三偏磷酸盐类、环氧氯丙烷类物质，如乙二醛、戊二醛、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠等。该交联剂的用量以该淀粉浆液中淀粉的绝干重量为参考，用量范围为2％～5％，液体交联剂单位为毫升，固体交联剂单位为克，例如，加入乙二醛的用量为3％，即，对于100克淀粉绝干重量而言，乙二醛的用量为3毫升。下面以乙二醛为例给出了该交联反应的反应式：

交联反应在55℃～60℃条件下反应10～30分钟，交联时，当选用交联剂为乙二醛、戊二醛类时，反应过程在偏酸性环境中进行，一般PH控制在5～6.5，该酸性条件可用盐酸等酸液来控制。当选用交联剂为三偏磷酸盐类，环氧氯丙烷类，则需要在碱性环境下进行。通过交联反应，使短链淀粉分子相互交联形成类似网状结构，从而进一步提高淀粉的稳定性及成膜性等性能，使淀粉胶粘剂在输送过程中能够不易结冻，保持较好的流动性。
反应结束后即可得到一定粘度的淀粉胶粘剂，无需进行过滤浓缩或甩干得到干燥淀粉，无污染环境的滤液产生，因此降低了成本及对环境的污染，以该方法制备的淀粉胶粘剂固含量可达40％以上，室温下可保持良好的流动性，且具有较强的稳定性，在输送过程中不易结冻，从而便于输送及运输。另外，以该方法制备的淀粉胶粘剂，所有添加的药品最终都在淀粉胶粘剂中，成为涂料的一部分而不降低涂料的品质，对成品纸张品质无任何影响。
以该方法制备的淀粉胶粘剂，强度好，颜色浅，在涂料的配制过程中可以取代至少20％胶乳而不影响成品纸的品质。
为使上述交联反应进行得更快，在其他实施例的交联反应中可以加入适量的催化剂，如氯化镁、硫酸镁或二者的混合物等。催化剂的用量以该淀粉浆液中淀粉绝干重量为参考，用量范围为0.18％～0.20％，单位为克，例如，当硫酸镁的用量为0.18％时，即，对于100克淀粉绝干重量而言，硫酸镁的用量为0.18克。
另外，为了提高该淀粉胶粘剂在使用过程中成膜的塑性，提高成膜的柔韧性和强度，在其他实施例的交联反应中还可加入适量的塑化剂，该塑化剂选自乙二醇、丙三醇、丙二醇、丁二醇，或其混合物。该塑化剂用量以该淀粉浆液中淀粉绝干重量为参考，用量范围为2％～3.5％，单位为毫升，例如，加入乙二醇的用量为3％，即，对于100克淀粉绝干重量而言，乙二醇的用量为3毫升。
以下以具体实施例对该淀粉胶粘剂的制备方法作进一步说明。
实施例一：
配制质量浓度为45％的淀粉浆液，加入12％的氧化剂次氯酸钠，用1mol/L的NaOH调节PH值为8.5，在室温(40℃)下反应3小时；加入2％的交联剂乙二醛、2％的塑化剂丙三醇及0.18％的催化剂硫酸镁，用1mol/L的HCl调节PH值为6.5，在60℃条件下反应20分钟，然后在95℃保温20分钟即可得到固含为42％，室温粘度为470cps的淀粉胶粘剂。
以该实施例中制备的淀粉胶粘剂为例，按30％质量分数取代胶乳，配制涂料配方如下：
  组分  对照组(g)  实验组(g)  颜料碳酸钙  100  100  胶乳  7  4.9  涂布淀粉  7.5  7.5  淀粉胶粘剂  0  2.1
在其他添加剂均保持不变的情况下，以上述配方配制固含量为67％的涂布液，用于表面涂布所得涂布纸物性结果如下：
  物性  对照组  实验组  RI干强  6  6  RI湿强  5  5  BEKK(秒)  275  262  印后光泽(％)  64.0  63.6  油墨干燥时间(秒)  0.22  0.22
(注：RI干强及湿强的测定方法为对涂布纸进行油墨印刷，在一定的印刷速度下，评价纸张表面的掉毛掉粉现象，掉毛掉粉少，则数值高，表明涂布纸表面强度高，掉毛掉粉多，则数值低，数值范围0‑10；BEKK为别克式平滑度，指将纸张通过压力紧贴在玻璃磨光面上，系统真空度使一定体积的空气通过玻璃板和纸张的接触面，测定的时间即得到平滑度值。)
由物性结果对比可知，以本发明中的淀粉胶粘剂取代30％胶乳，所得涂布纸物性与对照组几乎一致。
实施例二：
配制质量浓度为30％的淀粉浆液，加入20％的氧化剂次氯酸钠，用1mol/L的NaOH调节PH值为10，在室温(40℃)下反应1.5小时；加入4％交联剂戊二醛、3.5％的塑化剂丙三醇及0.20％催化剂氯化镁，用1mol/L的HCl调节PH值为5，在55℃条件下反应30分钟，然后在95℃保温20分钟即可得到固含量为29％，室温粘度为190cps的淀粉胶粘剂。
以该实施例制备的淀粉胶粘剂为例，按20％质量分数取代胶乳，配制涂料配方如下：
  组分  对照组(g)  实验组(g)  颜料碳酸钙  100  100  胶乳  7.5  6  涂布淀粉  7  7  淀粉胶粘剂  0  1.5
在其他添加剂均保持不变的情况下，以上述配方配制固含量为68％的涂布液，用于表面涂布所得涂布纸物性结果如下：
  物性  对照组  实验组  RI干强  7  7  RI湿强  5  5  BEKK(秒)  225  207  印后光泽(％)  55.2  55.7  油墨干燥时间(秒)  0.22  0.22
由物性结果对比可知，以本发明中的淀粉胶粘剂取代20％胶乳，所得涂布纸物性与对照组几乎一致。