一种淀粉基生物胶乳的制备方法及其应用与流程

文档序号:18888783发布日期:2019-10-15 21:23阅读:461来源:国知局
本发明涉及一种淀粉基生物胶乳及其制备方法,主要应用于轻工业造纸领域使用,特别是应用于涂布纸领域。
背景技术
:在能源危机、环境污染等全球性问题频发的今天,利用绿色可再生、可生物降解的淀粉和纤维素等生物质材料替代石油基等不可再生产品的可能性成为目前国内外科研人员的研究热点。淀粉主要以碳水化合物的形式储藏在植物体中,是自然界中储存丰富的可再生、可降解的高分子生物质资源,被广泛应用于各种行业中,如:医药、化工、生物、食品、造纸涂布等其他领域内。淀粉基生物胶乳是一种绿色环保的水溶性胶黏剂,是目前造纸涂布、包装、建筑等领域最有可能替代石油基胶乳(如丁苯胶乳、苯丙胶乳)的理想替代品,具有极大应用价值。目前,美国的ecosynthetix公司已经率先成功研制出一种固态粉末状的淀粉基生物胶乳,该生物胶乳性能优良,且便于运输和使用,成为目前在胶乳领域中最具吸引力的产品,目前该项技术还未在中国企业中进行规模化应用和投产。如何开发一种可更好地替代涂布纸中石油基胶黏剂的淀粉基生物胶乳,是当下将淀粉高效地应用于造纸工业中极具有价值、并亟待解决的问题。因此,我们研究者需开发一种易加工、易降解、价格低、低碳绿色的淀粉基生物胶乳应用于造纸领域。技术实现要素:本发明的目的在于开发一种淀粉基生物胶乳的制备方法,克服现在行业内制备的生物胶乳粘结强度较低的现状,并克服了造纸界涂布纸领域对石油基羧基丁苯胶乳的依赖,降低生产成本,具有低碳环保的特点。本发明是通过以下技术方案步骤来实现的:步骤1:将含水量为10~15%的原淀粉进行机械预处理,预处理方法为,将干粉经球磨机机械研磨处理0.5~12h;步骤2:将经球磨处理的原淀粉样品用缓冲溶液配制成质量浓度为40~55%的悬浮液,置于30~55℃水浴锅中,加入淀粉改性剂,加热至80~95℃后,保温30~45min;步骤3:将步骤2乳液冷却至室温,加入催化剂,并在25~50℃下加入氧化剂氧化30~120min;步骤4:加入淀粉改性剂,调节乳液ph为7~10,加入交联剂在50~70℃下反应20~90min;步骤5:冷却、过筛得到球磨机械预处理复合生物化学改性法制备的淀粉基生物胶乳。在一种具体的实施方式中,步骤1所述球磨机可以改变转动方向,在研磨中每隔一小时改变一次球磨机旋转方向。在一种具体的实施方式中,步骤2所述的淀粉糊化温度为80~95℃。一种淀粉基生物胶乳,其特征在于,含有以下重量配比的组分:35~55%的绝干淀粉,0.1~10wt%增塑剂,0.1~8wt%润滑剂,0.01~35wt%淀粉改性剂,以及柠檬酸-磷酸氢二钠配制的缓冲溶液作为配制淀粉基生物胶乳的为溶液。所述淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉中的一种或任意组合。所述增塑剂为乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙醇、聚乙二醇、柠檬酸、聚乙烯醇、甘油三酯、柠檬酸三酯中的一种或任意几种组合。所述润滑剂为硬脂酸钙、卵磷脂、磷脂中的一种或任意几种组合。所述淀粉改性剂为低温α-淀粉酶、中温α-淀粉酶、高温α-淀粉酶、柠檬酸、盐酸、硫酸、浓度为30wt%的双氧水、浓度为10wt%的次氯酸钠水溶液、过硫酸钠、硫代硫酸钠、氢氧化钠中的一种或者它们的组合。所述催化剂为硫酸铜、乙酸铜、硫酸亚铁中的一种或任意组合。所述交联剂为甲醛、乙醛、乙二醛、戊二醛、聚乙二醛、甘油三酯、三偏磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或任意组合。所述生物胶乳固含量为45~55%,胶乳在25℃下的黏度为70~180mpa·s。本发明的有益效果是:本发明的淀粉基生物胶乳制备过程淀粉的糊化温度降低,产品的黏度适中,粘结强度高可以部分替代涂布加工纸所用石油基胶乳,属于环保型胶黏剂。本发明的淀粉基生物胶乳原料来源广泛、价格低廉、制备过程环保无污染,避免了造纸产业对石油基产品的过分依赖。较国际上现有的成熟生产过程需要的三~十二螺旋杆挤出机等特殊的反应装备和复杂的实验操作,本发现具有制备工艺简单易行的特点。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明实施例1一种淀粉基生物胶乳,将木薯原淀粉经球磨机研磨2h后,按质量百分数计配制悬浮液,包括以下组分:工艺过程:将木薯原淀粉与不同直径二氧化锆珠按质量比为1∶1.5置于球磨罐中,研磨1小时后改变球磨旋转方向继续研磨1小时后,取出冷却淀粉。按配方将淀粉与缓冲溶液配成淀粉乳,置于37℃水浴锅中,加入淀粉改性剂,丙三醇、丙二醇,加热至95℃糊化,保温30min,冷却至室温。加入氧化剂、硫酸铜升温至40℃,在悬臂式搅拌器搅拌下反应60min,调节体系ph为9,加入添加剂和交联剂,升温至70℃,反应20min,出料,冷却,过筛装瓶备用。该工艺得到的生物胶乳稳定性优良,固含量高,在室温下冷却12h后采用brookfield黏度仪4#转子200r/min的条件下检测的黏度为114mpa·s。实施例2一种淀粉基生物胶乳,将木薯原淀粉经球磨机研磨8h后,按质量百分数计配制悬浮液,包括以下组分:工艺过程:将木薯原淀粉与不同直径二氧化锆珠按质量比为1∶1.5置于球磨罐中,研磨1小时后改变球磨旋转方向继续研磨1小时,如此往复研磨8h,取出冷却淀粉。按配方将淀粉与缓冲溶液配成淀粉乳,置于37℃水浴锅中,加入淀粉改性剂,聚乙烯醇、乙二醇,加热至80℃糊化,保温50min,冷却至室温。加入氧化剂、硫酸铜升温至30℃,在悬臂式搅拌器搅拌下反应100min,调节体系ph为10,加入添加剂和交联剂,升温至60℃,反应40min,出料,冷却,过筛装瓶备用。该工艺得到的生物胶乳稳定性优良,在室温下冷却12h后采用brookfield黏度仪4#转子200r/min的条件下检测的黏度为158mpa·s。实施例3本发明实施例1和2分别得到的生物胶乳直接以30%的替代比例替代羧基丁苯胶乳,作为涂布胶黏剂应用于纸张涂布中,分别标作样品1和2,以未经球磨机械预处理的淀粉制备的生物胶乳标做3,以市售静电复印纸为原纸进行单面单次涂布检测成纸的性能如下:样品123羧基丁苯胶乳涂料固含量%60585959涂布量g/m223242424iso白度%96.5496.4796.2392.77干拉毛强度m/s4.794.944.9375°光泽度%62.863.662.765.4由上表可知,本发明提供的以球磨预处理的淀粉经生物化学复合改性制备的淀粉基生物胶乳应用于涂布纸中,部分替代羧基丁苯胶乳,涂布纸的白度显著提高,表面强度同比与全羧基丁苯胶乳胶黏剂涂层的涂布纸,虽然光泽度有所下降,但不会影响应用。由于淀粉是一种可再生可降解的生物质资源,与羧基丁苯胶乳比,价格低廉,因此本发明提供的一种机械生物化学法复合制备的淀粉基生物胶乳具备良好的应用价值和前景。上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围内。当前第1页12
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