一種陽離子改性淀粉及其制備方法、應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陽離子改性淀粉及其制備方法、應(yīng)用。其中陽離子改性淀粉的制備方法包括：將淀粉配置得到淀粉漿液，將氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化劑的混合溶液添加至淀粉漿液中混合攪拌均勻得到第一混合溶液，然后添加硅烷偶聯(lián)劑混合攪拌均勻得到第二混合溶液，在35-55℃下反應(yīng)時(shí)間8-24小時(shí)，調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的第二混合溶液的pH至中性或酸性，并稀釋至濃度為2％-6％，得到第三混合溶液，然后添加硼砂并攪拌得到第四混合溶液，在攪拌條件下，將第四混合溶液升溫至95-100℃并保溫糊化20-30分鐘，稀釋至濃度為1％-4％即得陽離子改性淀粉。通過上述方式，本發(fā)明能夠提高陽離子淀粉的粘結(jié)性，尤其是初步粘結(jié)力，滿足造紙需求。
【專利說明】一種陽離子改性淀粉及其制備方法、應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及造紙領(lǐng)域，特別是涉及一種陽離子改性淀粉及其制備方法、應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 陽離子淀粉作為淀粉的衍生物，廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)中，陽離子淀粉基于在淀粉 大分子中引入叔氨基或季銨基，賦予淀粉陽離子特性。陽離子淀粉的正電荷使它與帶負(fù)電 荷的基質(zhì)結(jié)合，并能將帶負(fù)電荷的其他添加劑吸附并保持在基質(zhì)上，其在造紙中的作用可 增加漿料細(xì)小纖維、填料的留著率以及提升濾水性能，從而提高紙張的灰分及成紙強(qiáng)度。
[0003] 隨著紙機(jī)車速的不斷提升，短纖維闊葉木漿、草漿和回收紙漿代替長纖維漿料配 比提升，以及紙張灰分提升需求，要保證漿料的留著濾水性能和較好的紙張物理性能，傳統(tǒng) 的陽離子淀粉單一改性已經(jīng)無法達(dá)到要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種陽離子改性淀粉及其制備方法、應(yīng)用，能 夠提高陽離子淀粉的粘結(jié)性，尤其是初步粘結(jié)力，滿足造紙需求。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種陽離子改性淀粉 的制備方法，所述方法包括：將淀粉配置得到淀粉漿液；將氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與 陽離子醚化劑的混合溶液添加至所述淀粉漿液中混合攪拌均勻得到第一混合溶液；往所述 第一混合溶液中添加硅烷偶聯(lián)劑混合攪拌均勻得到第二混合溶液；將所述第二混合溶液在 35-55°C下反應(yīng)時(shí)間8-24小時(shí)；調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混合溶液的pH至中性或酸性， 并稀釋至濃度為2% -6%，得到第三混合溶液；往所述第三混合溶液中添加硼砂并攪拌得 到第四混合溶液；在攪拌條件下，將所述第四混合溶液升溫至95-KKTC并保溫糊化20-30 分鐘；將所述保溫糊化后的所述第四混合溶液稀釋至濃度為1% -4%即得所述陽離子改性 淀粉。
[0006] 其中，所述將淀粉配置得到淀粉漿液的步驟包括：將淀粉配置成漿液，并調(diào)節(jié)所述 漿液的pH至堿性，所述淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉以及小麥淀粉的至少一種； 往調(diào)節(jié)pH后的所述漿液中添加膨脹抑制劑并攪拌均勻得到所述淀粉漿液。
[0007] 其中，所述將淀粉配置成漿液，并調(diào)節(jié)所述漿液的pH至堿性的步驟包括：將淀粉 配置成20% -40%濃度的漿液，通過氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)所述漿液的pH至8. 0-9. 0。
[0008] 其中，所述膨脹抑制劑的添加量為所述淀粉絕干量的5% -10%，所述膨脹抑制劑 為Na2S04以及NaCl的至少一種。
[0009] 其中，所述氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化劑的混合溶液中，所述氫 氧化鈉、碳酸鈉的至少一種的量為所述淀粉絕干量的2% -5%，所述陽離子醚化劑的量 為所述淀粉絕干量的5% -10%，所述陽離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、 4-氯-2- 丁烯基三甲基氯化銨和環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的至少一種。
[0010] 其中，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧 基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅 烷中的至少一種，所述硅烷偶聯(lián)劑的添加量為所述淀粉絕干量的1% -5%。
[0011] 其中，所述調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混合溶液的pH至中性或酸性的步驟包括： 使用酸溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混合溶液的pH至6. 0-7. 0,所述酸溶液為鹽酸、硫 酸、冰醋酸或檸檬酸的任意一種。
[0012] 其中，所述硼砂的添加量為所述淀粉絕干量的0. 1% -0. 5%。
[0013] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種陽離子改性淀 粉，所述陽離子改性淀粉由上述制備方法制得。
[0014] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的還有一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種上述的制備 方法制得的陽離子改性淀粉在造紙中的應(yīng)用。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明通過在對淀粉的陽離 子改性過程中引入復(fù)合改性劑，反應(yīng)過程中添加硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑在堿性條件下 Si-Ο-烷基先水解成Si-0-Η，然后Si-0-Η與淀粉的1，4,6羥基發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，同時(shí)蒸 煮時(shí)添加交聯(lián)劑硼砂，進(jìn)一步與充分潤張的淀粉分子形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多核絡(luò)合物，有 助于提升陽離子淀粉的粘結(jié)性，尤其是初步粘結(jié)力，滿足造紙需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種陽離子改性淀粉的制備方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 參閱圖1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種陽離子改性淀粉的制備方法的流程圖， 陽離子改性淀粉的制備方法包括：
[0018] S101 :將淀粉配置得到淀粉漿液；
[0019] 其中，將淀粉配置得到淀粉漿液的步驟具體包括：將淀粉配置成漿液，并調(diào)節(jié)漿液 的pH至堿性，然后往調(diào)節(jié)pH后的漿液中添加膨脹抑制劑并攪拌均勻從而得到淀粉漿液。其 中，淀粉可以是木薯淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉以及小麥淀粉的至少一種。上述膨脹抑制 劑的加入，能夠有效防止淀粉在反應(yīng)過程中發(fā)生膠化。
[0020] 其中，優(yōu)選將淀粉配置成濃度為20% -40%的漿液，通過氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)漿液 的 pH 至 8. 0-9.0。
[0021] 其中，上述膨脹抑制劑的添加量為淀粉絕干量的5% -10%，膨脹抑制劑可以是 Na2S04以及NaCl的至少一種。
[0022] S102:將氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化劑的混合溶液添加至淀粉漿 液中混合攪拌均勻得到第一混合溶液；
[0023] 通過氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化劑混合制得混合溶液，以利用氫 氧化鈉和/或碳酸鈉預(yù)激活陽離子醚化劑。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，可以只用氫氧化鈉或碳酸 鈉的其中一種預(yù)激活陽離子醚化劑，也可以同時(shí)采用氫氧化鈉和碳酸鈉一起預(yù)激活陽離子 醚化劑。本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選氫氧化鈉。其中，氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化 劑的混合溶液中，氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種的量為淀粉絕干量的2% -5%，陽離子醚化 劑的量為淀粉絕干量的5% -10%。當(dāng)氫氧化鈉和碳酸鈉一起與陽離子醚化劑混合時(shí)，氫 氧化鈉和碳酸鈉的具體配比可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，只要兩者的總量為淀粉絕干量的 2% -5%即可。其中，陽離子醚化劑為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、4-氯-2-丁烯基三 甲基氯化銨和環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中的至少一種。
[0024] S103 :往第一混合溶液中添加硅烷偶聯(lián)劑混合攪拌均勻得到第二混合溶液；
[0025] 其中，娃燒偶聯(lián)劑為3_氨丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油醚氧基丙基二甲氧基娃 烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中 的至少一種，硅烷偶聯(lián)劑的添加量為淀粉絕干量的1% -5%。
[0026] S104 :將第二混合溶液在35-55°C下反應(yīng)時(shí)間8-24小時(shí)；
[0027] S105 :調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的第二混合溶液的pH至中性或酸性，并稀釋至濃度為 2%-6%，得到第三混合溶液；
[0028] 其中，通過使用酸溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的第二混合溶液的pH至6. 0-7. 0,其中，酸 溶液可以是鹽酸、硫酸、冰醋酸或檸檬酸的任意一種。
[0029] 將調(diào)節(jié)pH后的第二混合溶液稀釋至濃度為2% -6%得到第三混合溶液。
[0030] S106 :往第三混合溶液中添加硼砂并攪拌得到第四混合溶液；
[0031] 其中，往第三混合溶液中添加的硼砂的量為淀粉絕干量的0. 1% -0. 5%。不斷攪 拌使之混合均勻從而得到第四混合溶液。
[0032] S107 :在攪拌條件下，將第四混合溶液升溫至95-100°C并保溫糊化20-30分鐘；
[0033] 在攪拌條件下，將第四混合溶液升溫至95-KKTC并保溫糊化20-30分鐘。其中，優(yōu) 選控制溫度為95°C。
[0034] S108 :將保溫糊化后的第四混合溶液稀釋至濃度為1% -4%即得陽離子改性淀 粉；
[0035] 將保溫糊化后的第四混合溶液稀釋至濃度為1% -4%即得到陽離子改性淀粉。優(yōu) 選稀釋至1%。
[0036] 上述本發(fā)明實(shí)施例提供的陽離子改性淀粉的制備方法，通過在對淀粉的陽離 子改性過程中引入復(fù)合改性劑，反應(yīng)過程中添加硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑在堿性條件下 Si-Ο-烷基先水解成Si-0-Η，然后Si-0-Η與淀粉的1，4,6羥基發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，同時(shí)蒸 煮時(shí)添加交聯(lián)劑硼砂，進(jìn)一步與充分潤張的淀粉分子形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多核絡(luò)合物，有 助于提升陽離子淀粉的粘結(jié)性，尤其是初步粘結(jié)力，滿足造紙需求。
[0037] 在本發(fā)明實(shí)施例提供的上述陽離子改性淀粉的制備方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明進(jìn)一步 提供一種陽離子改性淀粉，該陽離子改性淀粉由上述實(shí)施例的制備方法制得。
[0038] 另一方面，本發(fā)明還請求保護(hù)上述實(shí)施例的制備方法制得的陽離子改性淀粉在造 紙中的應(yīng)用。
[0039] 為了進(jìn)一步詳細(xì)的描述本發(fā)明提供的陽離子改性淀粉的制備方法，以下提供幾個(gè) 具體的實(shí)施方式，但是這只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例方式，并不用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0040] 實(shí)施例1 :
[0041] 稱取120g絕干量的木薯淀粉，配制成20%濃度的淀粉漿液，用氫氧化鈉溶液調(diào) 節(jié)pH值至為8. 5,攪拌均勻后加入6g的膨脹抑制劑NaCl混合攪拌均勻；之后加入經(jīng)濃度 為15%的氫氧化鈉溶液預(yù)激活的陽離子醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨溶液混合攪 拌均勻，其中氫氧化鈉溶液用量為16g，醚化劑3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨溶液用量為 7. 2g ;在得到的混合溶液中再添加6g3-氨丙基三乙氧基硅烷，攪拌均勻，升溫至45°C反應(yīng) 24h，反應(yīng)結(jié)束后，加一定量的水將上述混合液稀釋至濃度為2%，并加入0. 6g硼砂，攪拌下 升溫至95°C糊化20min，稀釋至濃度為1 %得到陽離子改性淀粉。
[0042] 實(shí)施例2 :
[0043] 稱取180g絕干量的馬鈴薯淀粉，配制成30%濃度的淀粉漿液，用氫氧化鈉溶液調(diào) 節(jié)pH值至8. 0,攪拌均勻后加入18g的膨脹抑制劑Na2S04混合攪拌均勻；之后加入經(jīng)濃度 為15%的氫氧化鈉溶液預(yù)激活的陽離子醚化劑環(huán)氧丙基三甲基氯化銨溶液混合攪拌均勻， 其中氫氧化鈉溶液用量為42g，醚化劑環(huán)氧丙基三甲基氯化銨用量為13. 5g ;在得到的混合 溶液中再添加1.8g3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，攪拌均勻，升溫至40°C反應(yīng)12h， 反應(yīng)結(jié)束后，加一定量的水將上述混合液稀釋至濃度為6 %，并加入0. 36g硼砂，攪拌下升 溫至95°C糊化20min，稀釋至濃度為1%得到陽離子改性淀粉。
[0044] 實(shí)施例3 :
[0045] 稱取240g絕干量的玉米淀粉，配制成40%濃度的淀粉漿液，用氫氧化鈉溶液調(diào) 節(jié)pH值至9. 0,攪拌均勻后加入20g的膨脹抑制劑NaCl混合攪拌均勻；之后加入經(jīng)濃度 為15%的氫氧化鈉溶液預(yù)激活的陽離子醚化劑4-氯-2- 丁烯基三甲基氯化銨溶液混合攪 拌均勻，其中氫氧化鈉溶液用量為80g，醚化劑4-氯-2- 丁烯基三甲基氯化銨用量為24g， 在得到的混合溶液中再添加3. 6g3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，攪拌均勻，升溫至 40°C反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后，加一定量的水將上述混合液稀釋至濃度為4%，并加入0. 24g硼 砂，攪拌下升溫至95°C糊化20min，稀釋至濃度為1%得到陽離子改性淀粉。
[0046] 上述實(shí)施例得到的陽離子改性淀粉的應(yīng)用試驗(yàn)例
[0047] 取質(zhì)量濃度為4. 0 %的打漿后的漿料（NBKP :LBKP :BCTMP = 20:70:10 ;其中LBKP 為短纖維，NBKP為長纖維，BCTMP為漂白化學(xué)機(jī)械磨木漿），加水稀釋，混合攪拌均勻得到質(zhì) 量百分濃度為〇. 3%的漿料；在攪拌下依次向其中加入相對于漿料絕干量10-20%的填料 (固含量18^),1%的上述實(shí)施例制備得到的陽離子改性淀粉（濃度為l%)，250ppm的 RA (固含量0. 2%，陽離子聚丙烯酰胺水溶液），2750ppmSilica原液（固含量為1 %，陰離子 二氧化硅水溶液），混合攪拌均勻后抄片，制備原紙30-200g/m2。
[0048] 將上述實(shí)施例1、2、3制備得到的陽離子改性淀粉應(yīng)用在造紙漿料中從而制備得 到的紙品與一般陽離子淀粉應(yīng)用在造紙漿料中制備得到的紙品進(jìn)行比較，比較結(jié)果見下表 1 ：
[0049] 表 1 :
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種陽離子改性淀粉的制備方法，其特征在于，所述方法包括： 將淀粉配置得到淀粉漿液； 將氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種與陽離子醚化劑的混合溶液添加至所述淀粉漿液中混 合攪拌均勻得到第一混合溶液； 往所述第一混合溶液中添加硅烷偶聯(lián)劑混合攪拌均勻得到第二混合溶液； 將所述第二混合溶液在35-55°C下反應(yīng)時(shí)間8-24小時(shí)； 調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混合溶液的pH至中性或酸性，并稀釋至濃度為2% -6%， 得到第三混合溶液； 往所述第三混合溶液中添加硼砂并攪拌得到第四混合溶液； 在攪拌條件下，將所述第四混合溶液升溫至95-10(TC并保溫糊化20-30分鐘； 將所述保溫糊化后的所述第四混合溶液稀釋至濃度為1% -4%即得所述陽離子改性 淀粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述將淀粉配置得到淀粉漿液的步 驟包括： 將淀粉配置成漿液，并調(diào)節(jié)所述漿液的pH至堿性，所述淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉、馬 鈴薯淀粉以及小麥淀粉的至少一種； 往調(diào)節(jié)pH后的所述漿液中添加膨脹抑制劑并攪拌均勻得到所述淀粉漿液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述將淀粉配置成漿液，并調(diào)節(jié)所述 漿液的pH至堿性的步驟包括：將淀粉配置成20% -40 %濃度的漿液，通過氫氧化鈉溶液調(diào) 節(jié)所述漿液的pH至8. 0-9. 0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述膨脹抑制劑的添加量為所述淀 粉絕干量的5% -10%，所述膨脹抑制劑為Na2S04以及NaCl的至少一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種 與陽離子醚化劑的混合溶液中，所述氫氧化鈉、碳酸鈉的至少一種的量為所述淀粉絕干量 的2% -5%，所述陽離子醚化劑的量為所述淀粉絕干量的5% -10%，所述陽離子醚化劑為 3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、4-氯-2- 丁烯基三甲基氯化銨和環(huán)氧丙基三甲基氯化銨中 的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硅烷偶聯(lián)劑為3-氨丙基三乙氧 基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷以及 N-2-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一種，所述硅烷偶聯(lián)劑的添加量為所述 淀粉絕干量的1% -5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混 合溶液的pH至中性或酸性的步驟包括：使用酸溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)結(jié)束后的所述第二混合溶液 的pH至6. 0-7. 0,所述酸溶液為鹽酸、硫酸、冰醋酸或檸檬酸的任意一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硼砂的添加量為所述淀粉絕干 量的 0. 1% -0. 5%。
9. 一種陽離子改性淀粉，其特征在于，所述陽離子改性淀粉由權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所 述的制備方法制得。
10. -種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制得的陽離子改性淀粉在造紙中的應(yīng)
【文檔編號】C08J3/24GK104119455SQ201410335007
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】李俊, 王春雁, 王仁榮, 劉春
申請人:金東紙業(yè)（江蘇）股份有限公司