保定重金属开采联盟

【研究报告】淀粉基生物胶乳的性能

只看楼主 收藏 回复
  • - -
楼主
  

欢迎投稿或荐稿,一经采用,将支付稿酬。投稿或荐稿请直接发送至本社采编部专用邮箱:cbb@cppi.cn。


生物胶乳的制备方法包括化学改性法、机械挤出法和机械研磨法等3种。化学改性法(以下简称化学法)是将淀粉分散液糊化后,加入淀粉改性剂、塑化剂、交联剂等制备而成;机械挤出法(以下简称挤出法)将淀粉原料与塑化剂、交联剂等助剂混合后,经高温熔融、螺杆挤出制得;机械研磨法(以下简称研磨法)先将淀粉分散液进行交联改性,然后使用研磨机对改性淀粉颗粒进行机械碰撞、摩擦等处理,得到亚微米级的淀粉碎片。

目前由化学法和挤出法制备的淀粉基生物胶乳在涂布纸厂已得到较广泛的应用,研磨法生物胶乳的实验室研究也取得了很大进展。但是,整体来说,淀粉基生物胶乳在涂布纸中的应用仍有限,一般仅用于底涂和中涂涂料、而很少用于面涂涂料;并且在涂料配制中用量较低,对合成胶乳的替代量一般低于50%。本研究通过分析化学法生物胶乳(自制)、研磨法生物胶乳(自制)和挤出法生物胶乳(商品)这3种不同方法制备的生物胶乳的物理性能,以及添加于涂料后对涂料性能和涂布纸性能的影响,并结合涂层微观形貌和孔隙结构的研究,探求不同方法制备的生物胶乳的结构与应用性能之间的联系,为淀粉基生物胶乳的优化改进和更广泛应用提供参考。


1 淀粉基生物胶乳的制备

化学法:在三口烧瓶中加入一定量去离子水,搅拌状态下逐渐加入称量好的磷酸酯淀粉,均匀混合形成固含量为45%的分散液;将三口烧瓶置于水浴锅中开始加热,75℃时保温10min,然后加入14. 5%塑性转化剂(对绝干淀粉质量,下同)和9. 5%交联剂,搅拌20min后即得到淀粉基生物胶乳。

研磨法:称取一定量磷酸酯改性淀粉,与水均匀混合形成固含量为40%的分散液,其中加入3%的无水碳酸钠和5%的交联剂,置于50℃恒温水浴锅中连续搅拌形成均匀沉淀乳,用NaOH溶液调节pH值11左右,保温6h后,以盐酸中和、洗涤;加水稀释至10%固含量,使用纳米研磨机进行机械研磨,中位粒径降至0. 2 μm以下时停止研磨,高速离心、干燥即得淀粉基生物胶乳(以下简称生物胶乳)。

挤出法淀粉基生物胶乳,美国某化学品公司提供。


2 生物胶乳的物理性能

表1是采用化学法、挤出法和研磨法制备的生物胶乳的物理性能指标。

由表1可见,化学法生物胶乳的固含量接近于传统石油基胶乳,pH值为弱酸性,粘度很低,不具有微粒形态。挤出法生物胶乳和研磨法生物胶乳的固含量均超过80%,为固体状;微粒的中位粒径很接近,均小于0.2μm;但两者的润胀性和溶解性差别较大,研磨法生物胶乳的润胀性和溶解性分别比挤出法生物胶乳的高9.64倍和15.6个百分点。


3 涂料的基本指标

表2为4种配方涂料的基本性能。

从表2可以看出,4种涂料的固含量和pH值很接近,固含量均为63.0%左右、pH值为8.09-8.22之间;而粘度和保水值的差别较大。4种涂料相比,添加化学法生物胶乳的涂料粘度最低、保水性最差,粘度比对照涂料低26.0%、保水值高4.26%;添加挤出法生物胶乳的涂料粘度略高于对照涂料、保水性较好;添加研磨法生物胶乳的涂料粘度最高、保水性最好,粘度比对照涂料高23.0%、保水值低33.1%。


4 涂料的高剪切粘度

图1为4种配方涂料的高剪切粘度曲线。

     图1  4种配方涂料的高剪切粘度曲线

由图1可以看出,随着剪切速率的增加,4种涂料的粘度均逐渐降低,表明涂料均有剪切稀化性质;剪切速率低于100s-1时,4种涂料的粘度相差较大,相同剪切速率下,添加研磨法生物胶乳的涂料粘度相对最高,含化学法生物胶乳的涂料粘度最低,含挤出法生物胶乳的涂料粘度处于中间、与对照涂料接近,与低剪切粘度的趋势相同;剪切速率超过100s-1后,4种涂料的粘度趋于接近,除添加研磨法生物胶乳的涂料粘度相对略高一点外,其他3种涂料的粘度基本相等。


5 涂布纸的孔隙结构

表3为采用AutoPore IV 9500自动孔隙率仪检测的4种不同配方涂布纸的孔隙分析结果。

 

由表3可以看出,4种纸样的多项孔隙指标接近。添加化学法生物胶乳的纸样孔隙结构与其他3种纸样具有较大的差别,汞压入量、中值孔径、平均孔径最小和孔隙率均最低;添加研磨法生物胶乳纸样的中值孔径最大;添加挤出法生物胶乳的纸样汞压入量最大,而中值孔径、平均孔径和孔隙率较小。


6 涂布纸的孔隙结构

图2为4种配方涂布纸的孔径分布图。

 

图2  4种配方涂布纸的孔径分布图

由图2可见,纸样的孔隙直径主要集中于3个范围。孔径小于1μm时,4种配方汞压入量变化曲线基本重合,说明4种纸样的小直径孔隙的分布基本相同;孔径为1-3μm时,添加挤出法生物胶乳的涂布纸孔隙比例最大,其次为对照样、添加研磨法生物胶乳的纸样和添加化学法生物胶乳的纸样。


7 涂布纸的基本性能

表4为涂布纸的物理指标。

由表4可见,添加生物胶乳的涂布纸均具有较高的亮度,比对照样高。含化学法生物胶乳的纸张具有较高的光泽度、平滑度及较低的粗糙度;添加挤出法生物胶乳的涂布纸光泽度和平滑度比对照样略低、粗糙度略高;添加研磨法生物胶乳的涂布纸光泽度和平滑度分别比对照样低约4.2%和14.9%,粗糙度高9.9%。

3种生物胶乳都可以赋予涂布纸较好的印刷性能:添加化学法生物胶乳的纸样表面强度、印刷光泽度和油墨吸收性基本与对照样相等;添加挤出法生物胶乳的涂布纸表面强度、印刷光泽度略低于对照样,添加研磨法生物胶乳的涂布纸表面强度和印刷光泽度更低一些,油墨吸收性基本都相等。


8 结论

化学法生物胶乳不具有微粒形态;机械研磨法生物胶乳的中位径为0.161μm、粒度分布宽,溶解性和润胀性较高;挤出法生物胶乳粒度分布均匀,中位粒径为0.184μm。化学改性法生物胶乳的涂料低剪切粘度较低、保水性能较差,机械研磨法生物胶乳涂料的粘度最高、保水性能最好;剪切速率超过100s-1后,3种涂料的粘度趋于接近。生物胶乳会使涂布纸的孔隙率下降、亮度提高;化学改性法生物胶乳可达到甚至改进涂布纸的各项性能;挤出法生物胶乳可获得较好的涂布纸性能;机械研磨法生物胶乳对涂布纸的光泽度和平滑度有微小不利影响,有待进一步改进。


来源:《中国造纸》2017年第36卷第1期



如果你觉得文章还不错,就请点击右上角选择发送给朋友或者转发到朋友圈。您的支持和鼓励是我们最大的动力。喜欢就请关注我们吧~

长按二维码

关注我们


★推荐微信★


中华纸业传媒ID:cppinet

(长按下方二维码 可直接添加关注)





举报 | 1楼 回复