一种改性塔拉胶及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性塔拉胶及其制备方法与应用。该改性塔拉胶是将塔拉胶胶液与改性液混合、搅拌5min～10min制得的，其中，塔拉胶胶液浓度0.1-1.0wt%，所述改性液是改性剂硼酸、苯硼酸、硼酸钠或硼酸钾溶于去离子水中，配制成质量浓度为0.1-1.0wt%、pH为10～14的溶液；所述塔拉胶粉与改性剂的质量比为1：1-3。本发明还提供改性塔拉胶的制备方法，以及作为造纸助留助滤剂的应用。本发明的改性塔拉胶能够显著提高纸浆中填料及细小纤维的留着性能，改善浆料的滤水性能，提高高速纸机的操作性，明显改善其应用效果。
【专利说明】一种改性塔拉胶及其制备方法与应用
(-)【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改性塔拉胶及其制备方法和作为造纸助留助滤剂的应用，属于造纸【技术领域】。
(二)【背景技术】
[0002]随着造纸工业的飞速发展和造纸技术的不断革新，纸机朝着大型化、高速化方向发展，在大量使用二次纤维的情况下，纸张的抄造对造纸湿部助剂的依赖性越来越强。助留助滤剂广泛应用在现代造纸工业中，经济效益十分明显。在提高纸料留着率和滤水性能的同时，可以减轻排水污染，白水封闭循环系统可正常运行，改善成纸的质量并能尽量减少对纸张其它物理性能的不利影响。
[0003]在煤、石油和天然气等不可再生资源日益枯竭的现状下，充分开发利用可再生资源成为必然趋势。造纸行业面临着巨大的资源与环境压力，以生物质制备造纸化学品及利用生物资源进行生物和化学改性制备新材料，是未来纸业发展的方向。从植物制取的多糖胶，原料的来源丰富，制备工艺相对简单，生产过程对环境的影响较小，同时产品具有若干独特的性能和作用效能。随着分离和提取技术的发展，植物多糖胶的应用领域也在不断地拓展，成为广受关注的研究领域。在造纸工业中，植物多糖胶主要作为功能性助剂来应用，以获得增强及絮凝等作用。
[0004]塔拉(Tara)，又名刺云实，是苏木科云实属的一种长绿灌木或小乔木。塔拉的种子即塔拉豆，塔拉豆主要由种壳、塔拉胶层和种胚层组成。目前国内外多采用机械剥离法来加工塔拉豆，生产塔拉胶。塔拉胶的结构是由D-甘露糖通过β- (I —4)糖苷键连接构成主链，在某些甘露糖基位置通过α-( I — 6)糖甙键连接D-半乳糖形成侧链，从而构成多分枝结构的聚糖。目前，塔拉胶主要是作为胶凝剂或增稠剂应用在食品和饲料工业上。但是天然塔拉胶由于其非离子性，在纸浆中留着性差，用作造纸助留助滤剂时会影响其应用性能。
(三)
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种改性塔拉胶及其制备方法。
[0006]本发明还提供该新型改性的塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种用于造纸助留助滤的改性塔拉胶，是将塔拉胶胶液与改性液混合、搅拌5min?IOmin制得的，其中，
[0009]所述塔拉胶胶液是塔拉胶粉溶于去离子水中，配制成质量浓度0.1-1.0wt%胶液；
[0010]所述改性液是改性剂溶于去离子水中，配制成质量浓度为0.1-1.0wt%、pH为10?14的溶液；
[0011]所述塔拉胶粉与改性剂的质量比为1:1-3，所述改性剂是硼酸、苯硼酸、硼酸钠或硼酸钾。
[0012]根据本发明，一种改性塔拉胶的制备方法，包括步骤如下:[0013](I)改性液的配制
[0014]将一定量的改性剂溶于去离子水中，配制成质量浓度为0.1-1.0wt%的溶液，调节PH为10-14 ;得改性液；
[0015]所述改性试剂是硼酸、苯硼酸、硼酸钠或硼酸钾。
[0016](2)塔拉胶胶液的配制
[0017]称取一定量塔拉胶粉，加入到70-80°C的去离子水中，调节质量浓度至
0.1-1.0wt%,搅拌至全部溶解；
[0018](3)改性塔拉胶的制备
[0019]按塔拉胶粉与改性剂的质量比为1:1-3的比例，在室温下将塔拉胶胶液和改性液混合，搅拌5min-10min,即得改性塔拉胶。
[0020]步骤(2)中的搅拌是采用电动搅拌器搅拌。所述电动搅拌器为本领域常规设备，市场有售。
[0021]根据本发明优选的，步骤(I)中调节pH值为10-11.5 ;优选的pH调节剂为NaOH;一般使用浓度为5-15wt%的NaOH溶液。
[0022]根据本发明优选的，步骤(I)中改性液的浓度为0.1-0.5wt%。
[0023]根据本发明优选的，步骤(2)中塔拉胶胶液的浓度为0.1-0.3wt%。
[0024]本发明所得改性塔拉胶产品为透明溶液，与未改性塔拉胶相比，表观电荷密度(负值)大大增加，在pH为9时，由-0.09meq/g左右增加到约-1.lmeq/g。提高约11-12倍。
[0025]根据本发明，所述的改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用，在抄纸工艺步骤之前，向纸料体系中加入本发明的改性塔拉胶，加量为相对绝干纸料质量的0.05-2wt%。
[0026]更为详细的，所述的改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂应用，方法如下:
[0027]在质量浓度0.1%-1%的纸料中，在搅拌转速700_900rpm条件下依次加入5%_30%填料，1.0%-3.0%施胶剂，0.01%-2.0%的高分子阳离子聚合物混合Imin-1Omin后，提高纸料体系的搅拌速度至1500-1800rpm，保持30s_5min，再将搅拌转速降至700_900rpm度，然后加入0.05-2wt%的改性塔拉胶，作用30s-5min后抄成纸张。以上用量均为相对绝干纸料的重量百分比。
[0028]所述填料、施胶剂、高分子阳离子聚合物均为本领域现有技术。例如:
[0029]上述填料是碳酸钙或滑石粉，施胶剂是松香胶、烷基烯酮二聚体(AKD)或烯基琥珀酸酐(ASA)。均为本领域常用添加剂，市场有售。
[0030]上述高分子阳离子聚合物为阳离子聚丙烯酰胺、阳离子淀粉或阳离子淀粉接枝聚丙烯酰胺，是本领域常用原料，市场有售。
[0031]本发明的技术特点及优良效果如下:
[0032]本发明人经长期研究发现，虽然塔拉胶因其非离子性难以被纤维留着，难以用于造纸助留助滤，但是由于塔拉胶分子链上有大量活性羟基，通过进一步对其进行改性，提高其表观电荷密度，可以克服其难以被纤维留着的问题，用作造纸多元助留助滤体系中的阴离子化合物。本发明人意外发现在弱碱性条件下，硼酸或硼酸盐能够与塔拉多糖发生络合反应，使其离子化表面带有负电荷，大大提高其表观电荷密度。与未改性塔拉胶相比，改性后的塔拉胶能够显著提高纸浆中填料及细小纤维的留着性能，明显改善其应用效果。
[0033]造纸行业面临着巨大的资源与环境压力，利用生物资源进行生物和化学改性制备新材料，是未来纸业发展的方向。本发明利用天然塔拉胶进行改性并用作造纸助留助滤剂，具有很好的生物相容性与生物可降解性，是一种绿色环保的造纸助剂。塔拉胶经改性后，表面带有阴离子电荷且产生交联，与高分子阳离子聚合物共同作用，不但能够提高浆料中细小纤维与填料的留着，还可以改善浆料的滤水性能，对于提高高速纸机的操作性能很有帮助。
(四)【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0035]实施例1:改性塔拉胶的制备与应用
[0036](I)改性液的配制
[0037]称取0.2g硼砂，置入盛有IOOml去离子水的烧杯中，调节pH为10，用玻璃棒搅拌至全部溶解，改性液现配现用。
[0038](2)塔拉胶胶液的配制
[0039]称取0.1g塔拉胶粉，缓慢加入到加热至70°C的IOOml去离子水烧杯中，电动搅拌器搅拌至全部溶解。
[0040]( 3 )改性塔拉胶的制备
[0041]将塔拉胶胶液和硼砂改性液混合，在室温下搅拌IOmin后即得改性塔拉胶。
[0042]所得改性塔拉胶产品为透明溶液，在pH为9时，其表观电荷密度(负值)由改性前的-0.0932meq/g 增加到-1.087meq/g。提高了 11.5 倍。
[0043]改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用:
[0044]在质量浓度为0.3%的化学热磨机械浆中加入20%碳酸钙及1%阴离子松香胶，混合均匀后在750rpm转速下加入0.05%的阳离子聚丙烯酰胺，作用30s后将转速提高至1500rpm,作用Imin后将转速降至750rpm，然后加入0.4%上述步骤(3)制得的改性塔拉胶，混合Imin后将纸料抄成纸张，干燥后纸料的留着率87.9%，且纸料的滤水速度快，成纸匀度好。以上添加料的百分比均是相对绝干纸料重量的百分比。
[0045]对比例:
[0046]如上述改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用方法，所不同的是，将实施例1制备的改性塔拉胶替换成步骤(2)中的塔拉胶胶液(未改性)，按0.4%的量加入纸料中混合Imin后将纸料抄成纸张，干燥后纸料的留着率82.1%，且纸料的滤水速度降低。
[0047]实施例2:改性塔拉胶的制备与应用
[0048](I)改性液的配制
[0049]称取0.3g苯硼酸，置入盛有IOOml去离子水的烧杯中，调节pH为10.5，用玻璃棒搅拌至全部溶解，改性液现配现用。
[0050]( 2)塔拉胶胶液的配制
[0051]称取0.1g塔拉胶粉，缓慢加入到加热至70°C的IOOml去离子水烧杯中，电动搅拌器搅拌至全部溶解。
[0052](3)改性塔拉胶的制备
[0053]将塔拉胶胶液和苯硼酸改性液混合，在室温下搅拌均匀后即得改性塔拉胶。
[0054]所得改性塔拉胶产品为透明溶液，表观电荷密度(负值)在pH为9时为-1.095meq/go是改性前的-0.0932meq/g的11.75倍。
[0055]应用:
[0056]在质量浓度为0.3%的化学热磨机械浆中加入20%碳酸钙及1%阴离子松香胶，混合均匀后在750rpm转速下加入0.05%的阳离子聚丙烯酰胺，作用30s后将转速提高至1500rpm,作用Imin后将转速降至750rpm，然后加入0.4%上述步骤(3)制得的改性塔拉胶，混合Imin后将纸料抄成纸张，干燥后纸料的留着率88.1%，且纸料的滤水速度快，成纸匀度好。以上添加料的百分比均是相对绝干纸料重量的百分比。
[0057]实施例3:改性塔拉胶的制备与应用
[0058](I)改性液的配制
[0059]称取0.15g硼酸,置入盛有IOOml去离子水的烧杯中，调节pH为11,用玻璃棒搅拌至全部溶解，交联液现配现用。
[0060](2)塔拉胶胶液的配制
[0061]称取0.1g塔拉胶粉，缓慢加入到加热至70°C的IOOml去离子水烧杯中，电动搅拌器搅拌至全部溶解。
[0062](3)改性塔拉胶的制备
[0063]将塔拉胶胶液和硼酸钠改性液混合，在室温下搅拌IOmin后即得改性塔拉胶。
[0064]所得改性塔拉胶产品为透明溶液，表观电荷密度(负值)在pH为9时，由改性前的-0.0932meq/g 增加到-1.098meq/g。
[0065]应用:
[0066]在质量浓度为0.3%的漂白废新闻纸脱墨浆中加入20%碳酸钙及1%阴离子松香胶，混合均匀后在750rpm转速下加入0.05%的阳离子淀粉，作用30s后将转速提高至1500rpm,作用Imin后将转速降至750rpm，然后加入0.4%上述步骤(2)制得的改性塔拉胶，混合Imin后将纸料抄成纸张，干燥后纸料的留着率88.5%，且纸料的滤水速度快，成纸匀度好。以上添加料的百分比均是相对绝干纸料重量的百分比。
[0067]实施例4:如实施例1所述，所不同的是应用中阳离子聚合物采用阳离子淀粉。
[0068]实施例5:如实施例2所述，所不同的是应用中采用的阳离子聚合物是阳离子淀粉。
[0069]实施例6:如实施例3所述，所不同的是在应用过程中使用的阳离子聚合物是阳离子聚丙烯酰胺。
[0070]实施例7:如实施例1所述，所不同的是步骤(I)中改性剂为硼酸钾。
【权利要求】
1.一种用于造纸助留助滤的改性塔拉胶，是将塔拉胶胶液与改性液混合、搅拌5min?IOmin制得的，其中， 所述塔拉胶胶液是塔拉胶粉溶于去离子水中，配制成质量浓度0.1-1.0wt%胶液； 所述改性液是改性剂溶于去离子水中，配制成质量浓度为0.1-1.0wt%、pH为10?14的溶液； 所述塔拉胶粉与改性剂的质量比为1:1_3，所述改性剂是硼酸、苯硼酸、硼酸钠或硼酸钾。
2.如权利要求1所述的改性塔拉胶的制备方法，包括步骤如下: (1)改性液的配制 将一定量的改性剂溶于去离子水中，配制成质量浓度为0.1-1.0wt%的溶液，调节pH为10-14 ;得改性液； 所述改性 试剂是硼酸、苯硼酸、硼酸钠或硼酸钾其； (2)塔拉胶胶液的配制 称取一定量塔拉胶粉，加入到70-80°C的去离子水中，调节质量浓度至0.1-1.0被％，搅拌至全部溶解； (3)改性塔拉胶的制备 按塔拉胶粉与改性剂的质量比为1:1-3的比例，将塔拉胶胶液和改性液混合，搅拌5min?lOmin，即得改性塔拉胶。
3.如权利要求2所述的改性塔拉胶的制备方法，其特征在于步骤(I)中调节pH为10?11.5 ;优选的pH调节剂为NaOH 般使用浓度为5_15wt%的NaOH溶液。
4.如权利要求2所述的改性塔拉胶的制备方法，其特征在于步骤(I)中改性液的浓度为 0.1-0.5wt%0
5.如权利要求2所述的改性塔拉胶的制备方法，其特征在于步骤(2)中塔拉胶胶液的浓度为 0.1-0.3wt%。
6.权利要求1所述的改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用，在抄纸工艺步骤之前，向纸料体系中加入所述改性塔拉胶,加量为相对绝干纸料质量的0.05-2wt%。
7.权利要求6所述的所述的改性塔拉胶作为造纸助留助滤剂的应用，方法如下: 在质量浓度0.1%-1%的纸料中，在搅拌转速700-900rpm条件下依次加入5%_30%填料，.1.0%-3.0%施胶剂，0.01%-2.0%的高分子阳离子聚合物混合Imin-1Omin后，提高纸料体系的搅拌速度至1500-1800rpm，保持30s_5min，再将搅拌转速降至700-900rpm度，然后加入.0.05-2wt%的改性塔拉胶，作用30s-5min后抄成纸张。以上用量均为相对绝干纸料的重量百分比。
【文档编号】D21H21/10GK103572651SQ201310608762
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】靳丽强, 魏延伟, 徐清华, 巴金 申请人:齐鲁工业大学