一种可提高纸张防油性能的淀粉基复合物

技术领域

本发明涉及制浆造纸领域，尤其是涉及一种能够提高纸张防油性能的淀粉基环保防油剂。

背景技术

纸包装材料由于质轻、印刷性能好、废弃物可回收利用、便于复合加工和工业化生产、运输成本低等优点被广泛应用于食品、药品、运输等诸多领域。然而，纸张的多孔网络结构及纤维的亲水性导致其对水、油脂、水蒸气、氧气、芳香气味等的阻隔性能较差，因此在许多应用场合中需要经过特殊加工来满足所要求的防渗透性，以保护包装内容物不变味、不变质，延长商品的流通周期和货架寿命。

将纸浆纤维进行粘状打浆，可减少纸页中孔隙的大小和数量，从而提高成纸的阻油性；但打浆度过高会导致成纸强度下降、表观形态变差，且需要的设备能耗很高。将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等石化产品熔融后涂覆在纸张表面，可以显著提高其阻油性能，但会降低成纸的生物降解性和回收利用性能。有机氟化合物是广泛使用的纸张防油剂，但由于全氟辛酸磺酸盐(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)具有持久的环境稳定性和高的生物积累性，被联合国列入永久性有机污染物(POPS)清单而禁用。近年来，新型丙烯酸乳液被用于纸张的防油加工，但其来源于不可再生的石油资源，价格较高、且不够环保。

淀粉是一种可再生且价格低廉的原材料，来源广泛，在造纸工业有广泛的用途。淀粉(或改性淀粉)可作为浆内增强剂和助留助滤剂添加于纸机湿部系统，提高成纸的强度和细小成分的留着率；也可用于ASA施胶体系的乳化剂，用于纸板层间喷淋提高成纸的内结合强度，用于表面施胶增加成纸的印刷表面强度，以及用作颜料涂布的粘合剂。

采用淀粉表面施胶或涂布一般不会提高纸张的防油性，即Kit防油等级基本为0(TAPPI UM 557 Oil Kit Test测试法)。为提高淀粉的防油性，专利201510880577.0公开了一种防油淀粉及其生产工艺和应用，包括淀粉的阳离子化改性、醚化改性、氧化改性、旋流洗涤、脱水干燥等步骤，得到具有抗油脂作用的防油淀粉。该防油淀粉制成质量浓度为5～6％的淀粉浆液，在恒温恒湿条件下制备成淀粉膜，淀粉膜的断裂强度为17.5～19.2N/mm

专利CN201010107549.2公开了一种氟碳接枝淀粉防水防油剂及其制备方法，该防水防油剂以淀粉为原料，先糊化淀粉，然后通过自由基引发剂引发，在乳液体系中，将含氟单体和淀粉进行聚合接枝，聚合时间3～10小时、聚合恒温温度40～95℃。该防水防油剂可应用于制浆造纸中，在纸浆内湿部添加以提高细小纤维留着率，在纸张表面涂布以提高纸张表面的平滑度，涂布氟碳接枝淀粉后纸张的Kit防油等级达到8级。该方法获得的产物防油程度提高有限，且反应过程中使用了氟单体。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种淀粉基环保防油剂，该防油剂制备过程简单、环保，不添加有毒有害化学品；使用方便，可以常规方式施涂在原纸上，显著提高纸张的防油性能。

本发明所采用的技术方案是：

(1)淀粉塑化改性：将淀粉均匀分散在水中，固含量为10～30％，升温至90～100℃，加入塑化剂甘油或乙二醇，淀粉与塑化剂的质量比为100∶(5～40)，反应时间60～180min；淀粉的来源为木薯淀粉、玉米淀粉或土豆淀粉等，可以为原淀粉，也可经过氧化、酶转化或酯化等方法改性处理；

(2)研磨微纤化纤维素：将纸浆分散到水中，固含量为0.5～5％，采用珠磨机或胶体磨进行机械研磨，微纤化纤维素的直径为100～10000nm；所用纸浆可以为针叶木浆、阔叶木浆、棉浆、麻浆、竹浆等，可以为化学法纸浆或化学机械法纸浆；

(3)研磨淀粉：将淀粉均匀分散在水中，固含量为5～15％，采用珠磨机或砂磨机进行机械研磨，磨珠直径为0.2～3.0mm，磨珠材质为不锈钢、氧化锆等，研磨时间60～300min，研磨后淀粉的中位径为0.1～0.8μm、粘度为200～1000cP，淀粉可为木薯淀粉、玉米淀粉或土豆淀粉等，可以为原淀粉或氧化、酶转化或酯化等改性淀粉；

(4)将塑化淀粉与微纤化纤维素和(或)研磨淀粉进行混合，塑化淀粉与微纤化纤维素的质量比为100∶(1～30)，塑化淀粉与研磨淀粉的质量比为99∶1～1∶99，塑化淀粉、微纤化纤维素、研磨淀粉的质量比为100∶(1～30)∶(1～100)，淀粉复合物的固含量为5～25％；

(5)将上述淀粉复合物在原纸上进行表面施涂，涂布量为3～20g/m

具体实施方式

以下结合实施例和试验数据对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明，但是不以实施例为限。

实施例1：

称取适量氧化淀粉，在水中分散成固含量为20％的悬浮液，升温至95℃，加入对淀粉绝干量25％的甘油，保温120min，得到塑化淀粉；将交联改性淀粉分散于水中，形成7％固含量的分散液，采用珠磨机进行研磨，磨珠直径为0.3～0.6mm，磨珠占珠磨机内腔体积的70％，研磨线速度为10m/s、时间为120min，研磨后淀粉的中位径为300nm，粘度为776cp，离心机14000rpm离心15min不发生沉降。将塑化淀粉与研磨淀粉按100∶20的质量比例进行混合，固含量为8.6％，在白色牛皮纸上进行表面施胶，涂布量为3.1g/m

实施例2：

称取适量氧化淀粉，在水中分散成固含量为20％的悬浮液，升温至95℃，加入对淀粉绝干量25％的甘油，保温120min，得到塑化淀粉；将漂白化学阔叶木浆分散到水中，形成3.0％固含量分散液，用珠磨机研磨、过滤后，得到微纤化纤维素(MFC)，其直径为9250nm、粘度为899cP；将塑化淀粉与微纤化纤维素按100∶10的质量比例进行混合，固含量为11％，在白色包装原纸上进行表面施胶，涂布量为3.9g/m

实施例3：

将磷酸酯淀粉分散在水中，形成30％固含量的分散液，加入对淀粉绝干量10％的乙二醇，升温至100℃，保温70min，得到塑化淀粉，补水至固含量为25％。将漂白化学竹浆分散到水中，形成2.0％固含量分散液，用胶体磨研磨后，得到微纤化纤维素(MFC)，其直径为350nm。将塑化淀粉与微纤化纤维素按100∶20的质量比例进行混合，固含量为8.3％，在白色包装原纸上进行表面施胶，涂布量为3.7g/m

实施例4：

将酶转化淀粉分散在水中，形成18％固含量的分散液，加入对淀粉绝干量30％的甘油，升温至95℃，保温110min，得到塑化淀粉。将漂白化学阔叶木浆分散到水中，形成2.5％固含量分散液，用珠磨机研磨、过滤后，得到微纤化纤维素(MFC)，其直径为5700nm、粘度为851cP。将高交联淀粉分散于水中，形成12.5％固含量的分散液，采用砂磨机进行研磨，磨珠直径为0.8～2.0mm，磨珠与淀粉的质量比为5∶1，研磨速度为3000r/min、时间为150min，得到的研磨淀粉的中位径为510nm、粘度为330cP、沉降积为0.6mL。将塑化淀粉、微纤化纤维素、研磨淀粉按100∶20∶100，淀粉复合物的固含量为11.9％，在白色包装纸上进行表面施胶，涂布量为8.1g/m

实施例5：

将氧化淀粉分散在水中，形成20％固含量的分散液，加入对淀粉绝干量33％的甘油，升温至90℃，保温150min，得到塑化淀粉。将漂白化学竹浆分散到水中，形成2.2％固含量分散液，先用打浆机打浆、再用胶体磨研磨，得到微纤化纤维素(MFC)，其直径为410nm。将塑化淀粉与微纤化纤维素按100∶10的质量比例进行混合，固含量为13.5％，在白色牛皮纸上进行表面施胶，涂布量为5.0g/m

对比例1：

将氧化淀粉分散在水中，形成20％固含量的分散液，升温至95℃，保温30min；将糊化液稀释至11％后施涂在白色牛皮纸上，施胶量为2.3g/m

对比例2：

将漂白化学阔叶木浆分散到水中，形成2.5％固含量分散液，用珠磨机研磨、过滤后，得到微纤化纤维素(MFC)，其直径为7600nm；将其施涂在白色包装原纸上，施胶量为1.0g/m