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纳米淀粉在食品级涂布白卡纸中的应用★给力纸业

 

    淀粉是自然界中除纤维素之外储量最丰富的天然高分子聚合物,具有资源丰富、可再生、

绿色环保、安全无毒、可生物降解、生物相容性好等特点,随着纳米科技的发展,采用化学、

机械或生物等方法可将淀粉的粒度降至纳米级,赋予其新的物理和化学性能。

    食品级涂布白卡纸中,胶豁剂是涂料配方中除颜料外的重要成分之一,其作用是使颜料粒子间及

颜料与涂布基材之间相互粘结,使涂布纸表面有足够的粘结强度,以适应高速印刷的要求,胶

豁剂决定了涂料的粘度、流变性和涂层的固化时间,其种类及加入量对涂布纸的光学性能和印

刷性能有较大的影响,目前丁苯胶乳和普通涂布淀粉作为主要胶豁剂使用,随着涂布车速和涂

料固含量的不断提高,普通涂布淀粉的加入会使涂料的高剪切流变特性变差,从而影响涂布运

转性能。本研究拟采用双螺杆挤压技术制备出纳米淀粉,并研究其作为涂布粘合剂在轻量涂布

纸中的应用。

1实验

1.1主要实验原料

    瓷土,2}.m粒径以下占95%,固含量70%;重钙,98级研磨碳酸钙,固含量75%;普通涂

布淀粉,水分12%;梭基丁苯胶乳,固含量50%;保水剂CMC、润滑剂、消泡剂等均为涂布纸

    纳米淀粉,实验室自制,白色粉末,冷水可溶,水分12%

 

1.2主要实验仪器

    高速分散机(GFJ-0.4),数字粘度计(NDJ-5 S),涂料保水值测定仪(AA-GWR)

自动片状涂布机(ZAA-2300 ),超级压光机(KRK),扫描电镜(JSM-6490LU) 0

1. 3试验方法

1.3.1纳米淀粉的制备

    参考专利[[1」中的方法,采用双螺杆挤压法制备造纸涂布用纳米淀粉。

1.3.2纳米淀粉SEM测试

    将样品均匀撒在贴有双面胶样品台上,镀金处理后,置于JSM-6490LU扫描电子显微镜样

品室中,然后进行抽真空,当真空度达到SXlp-s时,选取合适的放大倍数,对样品进行观察

并拍照,

1.4涂料的制备

    根据纳米淀粉、丁苯胶乳、涂布淀粉加入量不同,预分散条件:含量64%,分散剂转速

2000r/min,分散时间20min。涂布淀粉糊化条件为:固含量为30%}

糊化温度950C,保温时间20min。纳米淀粉根据配方中的绝干比例,以粉状形式分别与颜料

一起分散再进行配料。

1.5涂布及成纸性能检测

    采用自动片状涂布机,涂布量控制在8-9}/mz(单面涂布),涂布后采用超级压光机进行压

光整饰。压光线压力为40bar,压光温度700C,压光2遍,正反面各1遍。食品级涂布白卡纸

在恒温恒湿室放置24h后,检测成纸的光学性能、印刷性能和强度性能。

2结果与讨论

2.1纳米淀粉的SEM

    原淀粉经过塑化交联挤压改性后,其粒径达到纳米级,图1为纳米淀粉的SEM图,从图

中可以看出,纳米淀粉颗粒完整,表面光滑,但呈团聚,单个纳米淀粉粒子的粒径1 OOnm

 

   2为纳米淀粉取代涂布淀粉和丁苯胶乳后对食品级涂布白卡纸张性能的影响,由表2可以看出,

采用纳米淀粉的涂料2#} 3#} 4#,在涂布量相同的条件下,轻量涂布纸的紧度,白度和不透明度和

采用涂料1#的涂布纸相差不大,其中2#} 3#} 4#的不透明度略有增加。印刷表面粗糙度可以反

映涂层微观上的平整程度,从表2可以看出,采用纳米淀粉取代的涂料涂布后,纸张的印刷表

面粗糙度降低,3#最好,降低9.7%,这是由于在涂层干燥过程中,纳米淀粉的收缩小于普通

涂布淀粉,干燥后涂层的印刷表面粗糙度也较低;采用纳米淀粉的的涂料2#} 3#} 4#,纸张的

油墨吸收性能要好于普通涂布淀粉,这可能是纳米淀粉涂布后获得了更为开放的孔隙结构;

泽度是轻量涂布纸较为重要的性能,光泽度除了受颜料性能的影响,还与胶豁剂的种类,加入

量有密切关系,通常,与全胶乳体系相比,普通涂布淀粉的加入会降低涂层的光泽度,由表2

可知,纳米淀粉的应用并没有降低涂层的光泽度,反而使纸页的光泽度有所提高,表面纳米淀

粉的收缩明显小于普通涂布淀粉,接近丁苯胶乳,4#涂料的纸张光泽度提高7.2% o

    印刷表面强度是轻量涂布纸的一个非常重要的指标,涂层的表面强度主要取决于胶薪剂的

品种和用量,由表2可知,采用纳米淀粉取代涂布淀粉和部分丁苯胶乳,涂布纸的表面强度有

所增加,当采用6.5份纳米淀粉取代5份涂布淀粉和4份丁苯胶乳,制备的4#涂料的涂布纸的表

面强度提高了11.6%,表明纳米淀粉的粘结强度明显好于普通涂布淀粉,相当于2倍的普通涂

布淀粉的粘结强度,当1:1取代丁苯胶乳,其粘结力接近于丁苯胶乳的水平。

    从表2可以看出,用2.5份纳米淀粉取代5份涂布淀粉进行表面涂布,其纸张性能都能达到

参比1#的各项指标,有些性质甚至好于1#;当采用纳米淀粉进一步取代丁苯胶乳,涂布纸张的

各项指标好于2#。因此认为1份纳米淀粉可以取代2份普通涂布淀粉直至完全取代普通涂布淀粉,

1份纳米淀粉可以取代1份丁苯胶乳,可以取代50%左右的丁苯胶乳应用于轻量纸的涂布中,

纸张性能改善,且节约成本,根据目前市场价格,采用4#配方的涂料成本将比1#配方的涂料成

本,每吨纸节约15.5元,对年产10万吨轻量涂布纸的企业,可以年节约成本155万元,经济效

益显著。

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