一种用于白卡纸的表面施胶剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及造纸表面施胶剂，尤其涉及一种用于白卡纸的表面施胶剂及其制备方法。


背景技术：

2.在造纸工艺中，出干燥部后的纸页根据其生产的纸种不同，一些纸种需要进一步的表面处理，来满足更高的表面性能要求。纸页的表面处理，一般可分为表面施胶和压光等工序。表面施胶是纸页加工过程中的一个程序，通过使用化学品覆盖的方法，经后续的干燥在纸页表面形成一层胶膜来提高纸页的表面性能。用于纸页表面施胶的施胶剂主要有淀粉及其改性物、纤维素衍生物、聚乙烯醇、动物胶、合成乳胶等。淀粉是一种天然的高分子碳水化合物，主要存在于谷物、薯类和其他植物的块茎和果实中。淀粉资源丰富，价格低廉，种类很多，是一种重要的造纸表面施胶剂和纸张增强剂。由于原淀粉黏度高，流动性差，易凝聚，用水稀释后容易沉淀，因此需要对淀粉进行改性，使其在较高浓度任具有较低的黏度，并保持良好的黏合力、满足纸页施胶处理要求。常用的改性淀粉有氧化淀粉、阳离子淀粉、酶转化淀粉、阴离子淀粉。
3.由于涂布白卡纸纸机车速高，纸浆中机械浆含量高且白卡纸的抄造为多层抄造，故现有的酶转化淀粉制备粘度不适用于白卡纸，导致表面施胶剂胶液渗透不良，白卡纸的印刷强度不满足印刷需求；除此之外，现有的表面施胶剂施胶成膜不稳定，涂布段存在纸面迁移现象，横幅定量2sigma值波动明显，最终导致纸张卷取后存在凹凸不平的现象，纸张无法进行使用。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明旨在提供一种提高白卡纸的表面印刷强度和均匀性的表面施胶剂及其制备方法。
5.技术方案：本发明所述的用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：85-90％施胶淀粉水溶液，3-10％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，2-5％硫酸铝，0.1-0.5％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉固含量为28-30％，在60℃的粘度为80-90mpa.s。
6.优选地，所述施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉。
7.一种用于白卡纸的表面施胶剂的制备方法，该方法包括：
8.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉100-200ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间16-20min，酶反应温度80-85℃；
9.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
10.(3)淀粉温度90-100℃时，加入稳定剂，用量控制为绝干淀粉的0.5-1％，反应时间在15-20min；
11.(4)此时木薯淀粉固含量为28-30％，在60℃的粘度为80-90mpa.s；
12.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为10-16％，在45℃粘度在15-25mpa.s；
13.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在3-10％；
14.(7)加入2-5％的硫酸铝，施胶液的ph在3.0-4.5；
15.(8)加入3-5％聚醚消泡剂，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
16.优选地，所述步骤(1)中木薯淀粉通过40-50目滤网过滤。
17.优选地，所述步骤(3)中稳定剂为甘油、尿素、聚丙二醇-丙三醇-亚甲基丁二酸缩聚物中的任一种。
18.优选地，所述步骤(5)中，稀释前木薯淀粉通过60-70目滤网过滤。
19.优选地，所述步骤(8)中，消泡剂通过环形管道，添加如施胶液中
20.有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明制备的表面施胶剂选择最佳施胶淀粉粘度，改善施胶淀粉的成膜强度与老化情况，提高施胶液的渗透性，提升白卡纸层间结合强度与表面印刷强度；2、本发明制备的表面施胶剂提升施胶的成膜性，降低涂布层的迁移，稳定控制横幅定量，避免纸张复卷过程中出现凹凸不平的情况；3、本发明减少生产过程中的计量棒更换次数，提升纸机运行性。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
22.实施例1
23.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：90.9％施胶淀粉水溶液，5.5％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，3.3％硫酸铝，0.3％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s。
24.实施例1的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
25.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉120ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间20min，酶反应温度80-85℃；
26.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
27.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
28.(4)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s；
29.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为14％，在45℃粘度在23mpa.s；
30.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯类表面施胶剂(索理思，basoplasttm px7311 xap，cas号：25586-20-3)，用量在5.5％；
31.(7)加入3.3％的硫酸铝，施胶液的ph在3.8；
32.(8)加入0.3％聚醚消泡剂(广东良仕，defoamer 3137)，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
33.实施例2
34.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：88.1％施胶淀粉水溶液，7.0％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，4.4％硫酸铝，0.5％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为28％，在60℃的粘度为80mpa.s。
35.实施例2的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
36.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉150ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热
蒸汽加热，酶反应时间17min，酶反应温度80-85℃；
37.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
38.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的0.5％，反应时间在15-20min；
39.(4)此时木薯淀粉固含量为28％，在60℃的粘度为79mpa.s；
40.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为12％，在45℃粘度在24mpa.s；
41.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯类表面施胶剂(索理思，basoplasttm px7311 xap，cas号：25586-20-3)，用量在7.0％；
42.(7)加入4.4％的硫酸铝，施胶液的ph在3.2；
43.(8)加入0.5％聚醚消泡剂(广东良仕，defoamer 3137)，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
44.实施例3
45.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：93.9％施胶淀粉水溶液，4.0％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，2.0％硫酸铝，0.1％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为30％，在60℃的粘度为90mpa.s。
46.实施例3的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
47.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉200ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间16min，酶反应温度80-85℃；
48.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
49.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
50.(4)此时木薯淀粉固含量为30％，在60℃的粘度为90mpa.s；
51.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为16％，在45℃粘度在22mpa.s；
52.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在4.0％；
53.(7)加入2.0％的硫酸铝，施胶液的ph在4.0；
54.(8)加入0.1％聚醚消泡剂(广东良仕，defoamer 3137)，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
55.对比例1
56.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：100％施胶淀粉水溶液，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为83mpa.s
57.对比例1的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
58.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉160ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间18min，酶反应温度80-85℃；
59.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
60.(3)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为83mpa.s；
61.(4)稀释后，木薯淀粉固含量为16％，在45℃粘度在25mpa.s，得到表面施胶剂。
62.对比例2
63.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：100％施胶
淀粉水溶液，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s
64.对比例2的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
65.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉200ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间18min，酶反应温度80-85℃；
66.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
67.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
68.(4)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s；
69.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为10％，在45℃粘度在21mpa.s，得到表面施胶剂。
70.对比例3
71.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：94.3％施胶淀粉水溶液，5.7％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s。
72.对比例3的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
73.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉170ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间17，酶反应温度80-85℃；
74.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
75.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
76.(4)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s；
77.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为13％，在45℃粘度在24mpa.s；
78.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在5.7％，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
79.对比例4
80.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：91.2％施胶淀粉水溶液，5.5％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，3.3％硫酸铝，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s。
81.对比例4的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
82.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉130ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间19min，酶反应温度80-85℃；
83.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
84.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
85.(4)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为85mpa.s；
86.(5)稀释后，木薯淀粉固含量为14％，在45℃粘度在23mpa.s；
87.(6)加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在5.5％；
88.(7)加入3.3％的硫酸铝，施胶液的ph在4.1/3.4，搅拌均匀，得到表面施胶淀粉。
89.对比例5
90.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：90.9％施胶
淀粉水溶液，5.5％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，3.3％硫酸铝，0.3％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为45mpa.s。
91.对比例5的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
92.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉120ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间20min，酶反应温度80-85℃；
93.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
94.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
95.(4)此时木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为45mpa.s；
96.(5)稀释后，加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在5.5％；
97.(6)加入3.3％的硫酸铝，施胶液的ph在4.2/3.1；
98.(7)加入0.3％聚醚消泡剂，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
99.对比例6
100.一种用于白卡纸的表面施胶剂，以质量百分比计，包含以下组分组成：90.9％施胶淀粉水溶液，5.5％苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，3.3％硫酸铝，0.3％聚醚消泡剂，其中，施胶淀粉为80-85℃淀粉酶转化的木薯淀粉，固含量为29％，在60℃的粘度为165mpa.s。
101.对比例6的白卡纸的表面施胶剂制备方法：
102.(1)向木薯淀粉中加入相对于绝干淀粉120ppm的中温α-淀粉酶，通入80-85℃预热蒸汽加热，酶反应时间20min，酶反应温度80-85℃；
103.(2)二段淀粉高温蒸煮、酶灭活，灭活时间在4-6min，灭活温度控制在130-135℃；
104.(3)淀粉温度90-100℃时，加入聚丙二醇、丙三醇、亚甲基丁二酸缩聚产物的稳定剂(九洲生物有限公司，pca-1952)，用量控制为绝干淀粉的1％，反应时间在15-20min；
105.(4)此时化木薯淀粉固含量为29％，在60℃的粘度为165mpa.s；
106.(5)稀释后，加入苯乙烯-丙烯酸酯共聚物，用量在5.5％；
107.(6)加入3.3％的硫酸铝，施胶液的ph在4.1/3.2；
108.(7)加入0.3％聚醚消泡剂，搅拌均匀，得到表面施胶剂。
109.实施例1-3和对比例1-6的指标参数如表1所示。
110.表1
111.[0112][0113][0114]
实验结果显示，实施例1-3中淀粉60℃标准检测粘度在80-90mpa.s，以下降5℃为
梯度进行淀粉粘度的检测，数值相差越大，淀粉老化速率越快，数值越小，淀粉的分子链老化越慢，稳定性越高，对比例1中只是单纯的酶转化淀粉，淀粉老化速率过快，对比例6中因为淀粉的制备粘度过高导致淀粉老化速率加快。
[0115]
实施例1-3表面拉毛强度igt测试值正背面都在4.00m/s，正面模拟印刷次数tv16可以达到4次，背面3次，对比例4虽然可以达到相同的强度，但是因为没有使用消泡剂，实际生产中产生较多泡沫，纸面出现印刷白点，严重时上料过程中造成漏涂。
[0116]
实施例1-3纸张施胶后的层间结合强度与成纸下机的层间结合强度达到160j/
㎡
，数值相差较小，表明涂布段的涂层迁移较小，纸张内部水汽均衡，没有过度破坏纤维之间的氢键结合强度，从纸张截面的i-k试剂染色渗透度检测也可看出，实施例1-3染色部分的厚度较大，主要是因为施胶液中的硫酸铝提升了渗透度，对比例6因为施胶液粘度过大影响施胶液的渗透，。
[0117]
实施例1-3纸张的cobb值与72h完全熟化的cobb值可满足指标需求，下机值与熟化值相近，纸张稳定性高，对比例1-3中的cobb值不满足纸张品质指标。
[0118]
实施例1-3施胶后扫描架横幅与涂布后扫描架横幅的2σ比较小，表明施胶胶液的稳定性，对比例5因为施胶胶液的粘度过低，胶液渗透度虽然比较高但对后续涂层的阻隔性较差，并且施胶液自身的分子链过短，强度较差，表面igt强度降低.
[0119]
对比例1的施胶液只是酶转化淀粉，比实施例1-3的所有指标都差。
[0120]
对比例2的施胶液是比实施例1-3少了聚醚消泡剂、硫酸铝以及苯丙施胶剂，比实施例1-3除淀粉老化速率外的指标都差。
[0121]
对比例3的施胶液比实施例1-3少了聚醚消泡剂与硫酸铝，纸张层间结合强度低，印刷igt强度与tv16强度略差，吸水性cobb值差，泡沫产生量多、施胶涂布2σ稳定性较差。
[0122]
对比例4的施胶液比实施例1-3少了聚醚消泡剂，泡沫产生量非常多、施胶涂布2σ稳定性较差。
[0123]
对比例5的施胶淀粉液制备粘度比实施例1-3的低，表面igt强度低，横幅2σ稳定性差，施胶后的层间结合强度损失大。
[0124]
对比例6的施胶淀粉液制备粘度比实施例1-3的高，tv16强度低，施胶渗透度低，施胶后的层间结合强度低。