一种生物质表面施胶剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及造纸用施胶剂技术领域，尤其涉及一种生物质表面施胶剂及其制备方法。


背景技术：

2.我国造纸工业原料中草类和废纸等低品质原料比日益增长，因此需要大量的造纸助剂来提高纸的物理强度等指标。对纸张进行表面施胶剂是为了将纤维和填料结合在纸页表面上以改善纸张的强度和挺度，减少掉毛、掉粉现象，改善纸页表面光滑度，降低孔隙度。
3.传统的施胶剂为改性和未改性的淀粉，聚乙烯醇(pva)，聚氨酯，苯乙烯-马来酸酐共聚物，丙烯酸和丙烯酸酯类共聚物等。常用的淀粉施胶剂来源广泛，但淀粉大对数来源于粮食作物，且价格日益增长，如果全部使用淀粉作为表面施胶剂对于纸厂来说，不但成本高，而且淀粉胶乳存在粘度高、流动性差及稳定性不够理想的特点。
4.半纤维素是植物原料中仅次于纤维素的第二大类多糖物质，占一年和多年生植物生物质总量的25％-40％。因此半纤维素是一种丰富的取之不尽，用之不竭的再生性的植物资源。
5.中国专利cn109826048a公开了一种用于造纸的表面施胶剂，其有效成分包括99.5％-40％的a组分和0.5％-60％的b组分，所述a组分为淀粉；所述b组分由以下重量百分比的成分组成：纤维素5-50％，木质素15-35％，半纤维素10-28％，蛋白质0.6-5％，蜡酯0.5-3％，二氧化硅5-25％。该表面施胶剂制得的纸张强度得到提高，然而其配方仍然是以淀粉为主要组分，由纤维素、木质素等成分组成的b组分只能部分取代淀粉，b组分超过60％后纸张强度下降明显。
6.因此亟需制备一种可完全取代淀粉施胶剂的改性半纤维素施胶剂，具有抗水性良好，能够有效提高瓦楞原纸环压强度的表面施胶剂。


技术实现要素：

7.本发明需要解决的技术问题是提供一种改性半纤维素组合物及其制备方法，以解决现有技术存在的上述技术问题。
8.本发明是采用如下技术方案实现的：
9.本发明的第一方面是提供一种生物质表面施胶剂，包括如下重量百分含量的有效组分：氧化半纤维素65％-95％、甲基纤维素3％-25％和多元醇2％-10％，各有效组分重量百分含量之和为100％。
10.优选的，所述氧化半纤维素是指半纤维素在碱性条件下进行氧化反应所得的产物，具体采用如下方法制备：将100份半纤维素加入适量溶剂中，加碱调节ph至9-11，升温至40-70℃，加入5-15份氧化剂进行氧化反应，反应完成后用酸调节ph至5-7，得含有所述氧化半纤维素的溶液。
11.进一步优选的，所述氧化剂选自双氧水、次氯酸、次氯酸钠中的一种或者多种。
12.上述溶剂可以是水，也可以是有机溶剂，优选n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃或者无离子水。上述碱优选氢氧化钠，例如采用浓度为32％的氢氧化钠水溶液。上述酸可选自硫酸，盐酸，醋酸，硼酸中的一种或者多种。
13.优选的，所述多元醇选自丙三醇、山梨醇、乙二醇的一种或者多种。
14.本发明的第二方面是提供上述生物质表面施胶剂的制备方法，包括如下步骤：
15.s1，将纤维素加入适量溶剂中，加碱调节ph至9-11，升温至40-70℃，加入氧化剂进行氧化反应，反应完成后用酸调节ph至5-7，得氧化半纤维素溶液；
16.s2，向所述氧化半纤维素溶液中继续加入甲基纤维素和塑化剂，升温至80-95℃，熬胶时间30-100min；降温出料，即得所述生物质表面施胶剂。
17.优选的，各组分的质量份数如下：半纤维素100份、氧化剂5-15份、甲基纤维素5-35份、塑化剂5-15份。更优选的，所述溶剂的添加量为1000-3000份。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
19.(1)具有抗水性良好的优点，能够有效提高瓦楞原纸环压强度；
20.(2)环保安全，实现资源再利用，节约成本；
21.(3)可完全取代淀粉施胶剂，进一步降低成本；
22.(4)本发明制得的表面施胶剂与淀粉施胶剂有良好的相容性，可以复配使用，且不会产生气泡或者黏辊等问题。
具体实施方式
23.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，但不用来限制本发明的范围，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
24.本发明中的实验仪器未注明生产厂商的，均为常规商业化仪器。本发明中提及的半纤维素、甲基纤维素为济宁明升新材料有限公司提供，其他原料均为市售产品。
25.本发明实施例中涉及的检测指标如未提及，均采用本领域常规检测方法进行检测，具体指标检测方法如下：
26.cobb值测定：参照施胶gb/t1540-2003《纸和纸板吸水性的测定》，采用可勃吸收性测定仪进检测待测纸样。
27.环压强度测定：采用电脑测控压缩测试仪检测待测纸样环压强度。
28.实施例1
29.1)半纤维素氧化：
30.将100g半纤维素加入无离子水2000g，开动搅拌，加入液碱调节ph至10，升温50℃，滴加5g双氧水进行氧化反应保温0.5h。完成后用盐酸调ph至6。
31.(2)熬胶：
32.取上述改性溶液，加入10g甲基纤维素，10g丙三醇，升温至80℃，熬胶时间100min；降温到50℃以下出料，即得生物质表面施胶剂。
33.实施例2
34.1)先将100g半纤维素放入容器中，加入二甲基乙酰胺1000g，开动搅拌，加入液碱
调节ph至11，升温至70℃，在此温度下保温1h；滴加10g次氯酸进行氧化反应保温1h。完成后用盐酸调ph至6。
35.2)取上述改性溶液，加入5g甲基纤维素，15g丙三醇，升温至90℃，熬胶时间100min；降温到50℃以下出料，即得生物质表面施胶剂。
36.实施例3
37.1)先将100g半纤维素放入容器中，加入二甲基乙酰胺1300g，开动搅拌，加入液碱调节ph至11，升温至70℃，在此温度下保温1h；滴加15g次氯酸钠进行氧化反应保温1h。完成后用盐酸调ph至6。
38.2)取上述改性溶液，加入20g甲基纤维素，15g丙三醇，升温至90℃，熬胶时间100min；降温到50℃以下出料，即得生物质表面施胶剂。
39.对比例1
40.先将100g半纤维素放入容器中，加入二甲基乙酰胺1000g，开动搅拌，加入液碱调节ph至11，升温至70℃，在此温度下保温1h；滴加次氯酸进行氧化反应保温1h。完成后用盐酸调ph至6。
41.对比例2
42.常规淀粉施胶剂。由济宁明升新材料有限公司提供。
43.应用实施例
44.将各实施例及对比例施胶剂用涂布辊对瓦楞原纸进行施胶实验，放入温度为130-150℃的烘箱中固化10-30s，涂布量2g/m2。具体测定结果如表1所示：
45.表1纸样检测指标
[0046][0047][0048]
从上述应用结果可以看出：本发明可有效提高瓦楞原纸的耐吸水性和环压指数，且本发明制得的生物质表面施胶剂由于常规淀粉施胶剂，可100％取代淀粉施胶剂，进一步降低生产成本，实现资源再利用。
[0049]
本领域的技术人员应理解，上述实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。