本发明涉及淀粉胶领域，且特别涉及一种纸页表面施胶用淀粉胶及其加工方法。
背景技术：
淀粉本身是一种来源广泛、价格低廉、供应稳定的天然植物产品。目前全世界以淀粉为原料的深加工产品已达到2000种以上，变性淀粉是淀粉深加工的第二大品种。氧化淀粉是常用的改性淀粉，造纸工业中常采用次氯酸盐或过硫酸铵生产氧化淀粉，它具有熬制时间短，糊液透明度好，粘合力强等优点，但是制备所需的化学品残留给污水处理带来过重的负荷，不利于企业转型升级。而且随着对纸页表面强度要求的提高，对淀粉类表面施胶剂的浓度要求也越来越高。提高施胶液浓度可增加施胶量，提高纸页表面强度，改善印刷性能，提高纸机效率，降低生产成本。但施胶液浓度的提高必然会引起施胶液粘度的上升，从而在纸机操作中引起一些问题，主要表现在施胶液的流动性差，使用时由于温度下降表面易起皮，施胶机内易起泡，纸页整幅上胶量不均匀。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种纸页表面施胶用淀粉胶，该淀粉胶品质好，可解决淀粉胶粒溶液结晶和贮存粘度稳定性差的问题，并能满足常用印刷纸对印刷质量的要求。
本发明的另一目的在于提供一种上述淀粉胶的加工方法，该方法工艺简单、生产成本低，大大减轻了生产过程中废水处理的负荷。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种纸页表面施胶用淀粉胶，该淀粉胶由灭酶处理后的淀粉胶初品与淀粉胶增强剂混合而得，淀粉胶初品由淀粉液和淀粉复合酶混合后加热熬制而得，淀粉液由淀粉和水混合而得。
上述淀粉复合酶包括重量比为50-65:5-10:10-20:2-5的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐；淀粉胶增强剂包括重量比为30-40:20-30:2-4:0.5-1的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
本发明还提出上述淀粉胶的制备方法：混合淀粉和水，得淀粉液，向淀粉液中加入上述淀粉复合酶，加热熬制得淀粉胶初品，将淀粉胶初品灭酶处理后加入上述淀粉胶增强剂，混合即得纸页表面施胶用淀粉胶。
本发明较佳实施例提供的纸页表面施胶用淀粉胶的有益效果是：通过淀粉复合酶对淀粉液进行复合作用，可提高淀粉固含量，降低蒸发能耗，减少纸页的断头次数；并且，还可适当降低浆内施胶剂用量，有利于白水回用，提高清洁度，减轻环境污染。淀粉复合酶中的α-淀粉酶和β-淀粉酶可使淀粉大分子发生断裂，降低其聚合度，得到满足纸页表面施胶处理要求的改性淀粉胶。其中，α-淀粉酶作为内切酶，可跨越淀粉结构中的分枝点，产生小分子量的糊精；β-淀粉酶作为外切酶，不能跨越淀粉结构中的分枝点，产生大分子量的糊精，两者配合使用可显著改善淀粉胶的粘合力和流动性。甘油和盐作为液体酶保护剂，可将α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性维持在较高水平。淀粉胶增强剂中的羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素钠，可共同增强纸页的施胶效果，提高酶法改性淀粉胶液的贮存稳定性和均一性；渗透剂可使酶法制备的淀粉胶易于向纸内渗透，提高纤维之间的结合力，从而进一步改善纸页的抗张强度。因此，上述淀粉胶的品质好，可解决淀粉胶粒溶液结晶和贮存粘度稳定性差的问题，满足常用印刷纸对印刷质量的要求。并且，该淀粉胶的加工方法工艺简单、生产成本低，大大减轻了生产过程中废水处理的负荷。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的纸页表面施胶用淀粉胶及其加工方法进行具体说明。
本发明实施例提供的纸页表面施胶用淀粉胶主要通过间歇蒸煮酶法加工而得。加工时，可将水和淀粉添加至容器，如熬胶锅内，混合得到淀粉液。优选地，按照先水后淀粉的顺序进行添加，即将淀粉加入盛有水的容器中。以该顺序将水和淀粉混合，可使淀粉充分溶解，避免部分与水未完全接触的淀粉积聚成团，形成淀粉颗粒。综合考虑大部分淀粉种类的溶解性，本实施例中例如可将淀粉的添加量控制在淀粉液质量百分数的20-30％范围内。
然后向上述淀粉液中加入淀粉复合酶，加热熬制得到淀粉胶初品。为避免加热过程中，淀粉液受热不均匀，可在加热时对淀粉液进行搅拌。具体地，加热例如可在65-75℃的条件下进行。进一步地，为避免淀粉糊化过度，加热时间可控制在大于零且小于等于20min的范围内。为了使加入的淀粉复合酶能以最低量达到最佳水解效果，优选地，可将淀粉复合酶与淀粉的重量比控制在0.01-0.03:100的范围。作为可选地，上述淀粉复合酶例如可包括重量比为50-65:5-10的α-淀粉酶和β-淀粉酶。
其中，α-淀粉酶又名1,4-α-D-葡聚糖水解酶。作为一种液化型淀粉酶，α-淀粉酶可作用于直链淀粉和支链淀粉，并水解淀粉内部的α-1,4-糖苷键，生成糊精、低聚糖和单糖。又因α-淀粉酶的分子中含有一个结合得相当牢固的钙离子，该钙离子不直接参与酶-底物络合物的形成，但可较好地保持酶的结构，使酶具有较大的稳定性和较高的活性。本实施例中将其作为淀粉复合酶的组成成分之一用于纸页表面施胶过程，在淀粉溶液达到糊化温度并开始出现粘稠现象时，可使淀粉断链，从而降低淀粉溶液的粘度。较佳地，上述α-淀粉酶的酶活例如可以为3000-4000U/mL，此酶活范围内的α-淀粉酶作用效果较佳。
但由于α-淀粉酶具有耐高温但不耐酸性的性质，本实施例中在淀粉复合酶中还加入了能够耐一定酸性的属于外切酶的β-淀粉酶。β-淀粉酶又称淀粉β-1,4-麦芽糖苷酶，是一种能将直链淀粉分解成麦芽糖的淀粉酶，其作用方式是从非还原性末端主次以麦芽糖为单位切断α-1,4-葡聚糖链。其广泛存在于大麦、小麦、甘薯和大豆等高等植物以及芽孢杆菌属等微生物中。因此β-淀粉酶来源广泛且价格低廉，用于工业生产可降低经济成本。又因为β-淀粉酶水解后产生的产物分子量较大，故其在上述淀粉复合酶中的含量较α-淀粉酶更少。较佳地，上述β-淀粉酶的酶活例如可以为900-1000U/mL，此酶活范围内的β-淀粉酶作用效果较佳。
承上所述，本实施例中的淀粉复合酶通过同时含有α-淀粉酶和β-淀粉酶，并以α-淀粉酶为主要组成成分，以β-淀粉酶辅助配合α-淀粉酶作用，使淀粉大分子发生断裂，降低其聚合度，并显著改善淀粉胶的粘合力和流动性，得到满足纸页表面施胶处理要求的改性淀粉胶。
为了使淀粉胶初品中α-淀粉酶和β-淀粉酶的酶活较稳定，本实施例在淀粉复合酶中还加入了甘油，优选地，甘油与α-淀粉酶的重量比为50-65:10-20。
为了进一步改善淀粉复合酶的作用条件，本实施例中还在可淀粉复合酶中加入与α-淀粉酶重量比为50-65:2-5的盐。通过加入作为液体酶保护剂的甘油和盐，可将α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性维持在较高水平。
承上，经上述淀粉复合酶对淀粉液进行复合作用，可提高淀粉固含量，降低蒸发能耗，减少纸页的断头次数。此外，还可适当降低浆内施胶剂用量，有利于白水回用，提高清洁度，减轻环境污染。
然后对淀粉胶初品进行灭酶处理，例如可在95-100℃的条件下保温10-15min，以使α-淀粉酶和β-淀粉酶失活。灭酶后，向淀粉胶初品内加入淀粉胶增强剂，然后混合即得纸页表面施胶用淀粉胶。为保证加工所得的淀粉胶具有较优品质，优选可对淀粉胶加水稀释，使其粘度控制在10-25MPa·s范围内。
加入淀粉胶增强剂的目的主要在于使淀粉胶初品的粘度能在较长时间内保持稳定，减少振动筛上的残余物，并增强纸页施胶后的抗张强度。因此，较佳地，本实施例中淀粉胶增强剂与淀粉胶初品的重量比例如可以为0.5-1:100。其中，淀粉胶增强剂例如可以包括重量比为30-40:20-30:2-4:0.5-1的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
羟丙基甲基纤维素又称羟丙甲纤维素，通常用作纸页生产中的结构构成剂和纸面平滑剂。本实施例将其作为淀粉胶增强剂的组成成分之一用于纸页上胶，可促进纤维细化，缩短打浆时间；改善纸页成型，并增强施胶效果。
羧甲基纤维素钠是一种大分子化学物质，能够吸水膨胀。在水中溶胀时，可形成透明的黏稠胶液。本实施例将其作为淀粉胶增强剂的组成成分之一，通过对纸页进行表面施胶，可增加纸页的平滑度，改善其表面强度和透气度，并控制纸页的卷曲程度。其次，羧甲基纤维素钠易与纸浆纤维和填料离子亲和，使本已具有负电荷的纸浆纤维和填料粒子的负电性增加，由于带有同种电荷的微粒之间会存在相互排斥的现象，从而可使纸浆悬浮液中的纤维和填料分散均匀，利于纸页的成型，并改善纸页的均匀程度，提高纸页的物理强度。
承上，在羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素钠的共同作用下，可进一步增强纸页的施胶效果，提高酶法改性淀粉胶液的贮存稳定性。
液碱也即液态状的氢氧化钠，本实施例中在淀粉胶增强剂中加入液碱的目的主要在于调节淀粉胶的pH值，使胶液的pH值维持在7.5-8.5范围。此外，上述淀粉胶增强剂还包括了渗透剂，也即脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂。渗透剂具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并使表面张力显著下降。本实施例中将其作为淀粉胶增强剂组成成分之一，可使酶法制备的淀粉胶易于向纸内渗透，提高纤维之间的结合力，从而进一步改善纸页的抗张强度。
值得说明的是，本发明实施例中淀粉复合酶和淀粉胶增强剂所含物质并不仅限于上述所提到的物质，生产者还可根据纸页的性质和需求加入其它物质。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将水和淀粉加入熬胶锅内混合得到淀粉液，其中，淀粉的在淀粉液中的质量百分数为25％。然后向上述淀粉液中加入含有重量比为50:5:10:2的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐的淀粉复合酶，于65℃的条件下加热20min，得到淀粉胶初品。其中，淀粉复合酶与淀粉的重量比为0.01:100，α-淀粉酶的酶活为3000U/mL，β-淀粉酶的酶活为900U/mL。
然后于95℃的条件下对淀粉胶初品进行灭酶处理15min。接着，向灭酶后的淀粉胶初品中加入重量比为100:0.5的淀粉胶增强剂，混合后调节胶液的pH，得到pH为8.0且粘度为10MPa·s的纸页表面施胶用淀粉胶。其中，淀粉胶增强剂含有重量比为30:20:2:0.5的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
实施例2
将水和淀粉按照先水后淀粉的顺序加入熬胶锅内混合得到淀粉液，其中，淀粉的在淀粉液中的质量百分数为30％。然后向上述淀粉液中加入含有重量比为65:10:20:5的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐的淀粉复合酶，于75℃的条件下加热15min，得到淀粉胶初品。其中，淀粉复合酶与淀粉的重量比为0.03:100，α-淀粉酶的酶活为4000U/mL，β-淀粉酶的酶活为1000U/mL。
然后于100℃的条件下对淀粉胶初品进行灭酶处理12min。接着，向灭酶后的淀粉胶初品中加入重量比为100:1的淀粉胶增强剂，混合后调节胶液的pH并加水稀释，得到pH为8.5且粘度为25MPa·s的纸页表面施胶用淀粉胶。其中，淀粉胶增强剂含有重量比为40:30:4:1的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
实施例3
将水和淀粉按照先水后淀粉的顺序加入熬胶锅内混合得到淀粉液，其中，淀粉的在淀粉液中的质量百分数为28％。然后向上述淀粉液中加入含有重量比为57.5:8:15:3.5的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐的淀粉复合酶，于70℃的条件下加热18min，得到淀粉胶初品。其中，淀粉复合酶与淀粉的重量比为0.02:100，α-淀粉酶的酶活为3500U/mL，β-淀粉酶的酶活为950U/mL。
然后于98℃的条件下对淀粉胶初品进行灭酶处理10min。接着，向灭酶后的淀粉胶初品中加入重量比为100:0.8的淀粉胶增强剂，混合后调节胶液的pH并加水稀释，得到pH为7.5且粘度为17.5MPa·s的纸页表面施胶用淀粉胶。其中，淀粉胶增强剂含有重量比为35:25:3:0.8的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
实施例4
将水和淀粉按照先水后淀粉的顺序加入熬胶锅内混合得到淀粉液，其中，淀粉的在淀粉液中的质量百分数为20％。然后向上述淀粉液中加入含有重量比为60:8:15:3的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐的淀粉复合酶，于70℃的条件下加热15min，得到淀粉胶初品。其中，淀粉复合酶与淀粉的重量比为0.01:100，α-淀粉酶的酶活为3500U/mL，β-淀粉酶的酶活为950U/mL。
然后在加热后的5min内将上述淀粉胶初品于100℃的条件下进行灭酶处理15min。接着，向灭酶后的淀粉胶初品中加入重量比为100:0.5的淀粉胶增强剂，混合后调节胶液的pH并加水稀释，得到pH为8.0且粘度为14.5MPa·s的纸页表面施胶用淀粉胶。其中，淀粉胶增强剂含有重量比为35:25:3:0.8的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
实施例5
将水和淀粉按照先水后淀粉的顺序加入熬胶锅内混合得到淀粉液，其中，淀粉的在淀粉液中的质量百分数为30％。然后向上述淀粉液中加入含有重量比为60:8:15:3的α-淀粉酶、β-淀粉酶、甘油和盐的淀粉复合酶，于70℃的条件下加热20min，得到淀粉胶初品。其中，淀粉复合酶与淀粉的重量比为0.02:100，α-淀粉酶的酶活为3800U/mL，β-淀粉酶的酶活为980U/mL。
然后在加热后的5min内将上述淀粉胶初品于100℃的条件下进行灭酶处理15min。接着，向灭酶后的淀粉胶初品中加入重量比为100:0.5的淀粉胶增强剂，混合后调节胶液的pH并加水稀释，得到pH为8.0且粘度为20.5MPa·s的纸页表面施胶用淀粉胶。其中，淀粉胶增强剂含有重量比为35:25:3:0.8的羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、液碱和渗透剂。
试验例1
重复实施上述实施例1-5，得到足够多的纸页表面施胶用淀粉胶。将实施例1-5所得的淀粉胶用于加工纸页并作为试验例1-5。将经常规工艺加工而得纸页作为对照组1-5，即对照组1-5中的淀粉胶未添加本发明实施例1-5中的淀粉复合酶或淀粉胶增强剂。比较在表面施胶量相同的条件下，试验例1-5和对照组1-5中纸页的抗张强度以及淀粉胶液贮存的稳定性。其结果如表1所示，其中抗张强度按GB/T31110-2014标准进行测定。
表1参数对比表
由表1可以看出，试验组1-5分别较对照组1-5中纸页的抗张强度和淀粉胶液的贮存稳定性均有所提高，说明本发明实施例加工而得的纸页表面施胶用淀粉胶的确能起到保持胶液长时间稳定，提高纸页施胶后的抗张强度的效果。
此外，通过比较，经本实施例加工而得的淀粉胶制作得到的纸页的抗张强度、灰分和表面强度与通过氧化淀粉制作而得的纸页无显著性差异，可以完全取代通过氧化淀粉加工纸页的方法。并且，经本实施例淀粉胶加工得到的纸页的成本比经氧化淀粉制作而得的纸页成本低1000元/吨，且大大降低了干燥用蒸汽的消耗量。加工过程中可完全不使用过硫酸铵和次氯酸盐，从而减轻了废水处理负荷，达到降低生产成本和节能减排的目的。
综上所述，本发明实施例的纸页表面施胶用淀粉胶的加工方法工艺简单、生产成本低，大大减轻了生产过程中废水处理的负荷。由此方法加工而得的。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。