生物膠乳改性劑產品的研發及在造紙行業中的最新應用

隋曉飛 ，張文超 ，鄭 剛 ，戴 玲

（1.九洲生物技術（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215000；2.浙江凱恩特種材料股份有限公司，浙江 麗水 323300）

生物膠乳是一種基于生物的膠粘劑產品，通過淀粉改性形成納米級顆粒，具有穩定的空間網絡結構。在造紙中使用生物膠乳部分取代丁苯膠乳能保證成紙的強度性能，且可提高涂料的保水性能及成紙的透氣性能，一定程度上降低了生產成本，同時對環保有一定的幫助[1]。

生物膠乳源于淀粉，通過對淀粉添加改性劑制得，故不會受石化能源-石油資源的限制和價格上漲的影響。通過對生物膠乳的不斷研發創新，相信生物膠乳在涂布紙涂料中的應用前景會很好[2]。

生物膠乳的研發和創新在于改性劑的升級換代和工藝的創新開發。生物膠乳因為其特有的屬性，成膜硬脆，黏結強度不好，防水性能不佳，通常需要添加一些小分子增塑劑及交聯劑對其進行改性；但是，目前市場上的生物膠乳產品的成膜、黏結和抗水性能還是不理想。

本文采用九洲生物技術（蘇州）有限公司制備的一種新的高分子聚合物生物膠乳改性劑，進行模擬生產的實驗室小試和客戶現場生產大中試試驗驗證，改善了生物膠乳成膜、抗水性能和黏結強度，提高了生物膠乳在紙張涂料中的應用性能。

1 實驗

1.1 實驗儀器

實驗儀器有電動攪拌器、四口燒瓶、溫度計、冷凝管、滴管漏斗、恒溫水浴鍋、電熱恒溫干燥箱和NDJ-79旋轉黏度計。

1.2 原料及配方

表1為生物膠乳改性劑產品配方。

表1 生物膠乳改性劑產品配方

一定濃度的淀粉衍生物升溫至90～95℃，滴加單體混合物。單體混合物包括丙烯酸長鏈酯、單體G01、交聯劑024，同時滴加引發劑301，混合單體滴加3～5 h，引發劑比單體多30 min加完，引發劑加完后，保溫2～4 h，保溫完成，用氨水調節pH，降溫出料，生物膠乳改性劑制備完成。

1.3 產品指標

表2為生物膠乳改性劑產品指標。

表2 生物膠乳改性劑產品指標

1.4 檢測方法

涂料固含量檢測方法參照GB 1725—1979《涂料固體含量測定法》；涂料低剪切黏度檢測方法參照GB/T 1723—1993《涂料黏度測定法》；涂料高剪切黏度檢測方法參照GB/T 9751—1988《涂料在高剪切速率下黏度的測定》；白度檢測方法參照GB/T 7974—2013《紙、紙板和紙漿 藍光漫反射因數D 65亮度的測定》；厚度檢測方法參照GB/T 451.3—2002《紙和紙板厚度的測定》；平滑度檢測方法參照GB/T 456—2002《紙和紙板平滑度的測定》；粗糙度檢測方法參照ISO 8791-4《粗糙度/平滑度的測定》；光澤度檢測方法參照GB/T 8941.3—1988《紙和紙板鏡面光澤度測定法 75°角測定法》；耐折度檢測方法參照GB/T 457—1989《紙耐折度的測定法》；層間結合強度檢測方法參照TAPPI T 541《Internal Bond Strength of Paperboard》；油墨吸收性檢測方法參照GB 12911—1991《紙和紙板油墨吸收性的測定法》；IGT干拉毛或者拉毛強度檢測方法參照GB/T 22365—2008《紙和紙板印刷表面強度的測定》；紙張的濕摩擦檢測方法參照TAPPI T 476《Abrasion loss of paper and paperboard》；表面吸收性能檢測方法參照GB/T 1540—1989《紙和紙板吸水性的測定法》。

2 工廠實驗部分

2.1 原料及配方

表3為生物膠乳產品配方。

一定濃度的原淀粉滴加高溫酶升溫至90～95℃，反應制備生成低黏度淀粉乳，保溫0.5～1 h，添加適量生物改性劑反應0.5～1 h，降溫出料，生物膠乳制備完成。

2.2 產品指標

表3 生物膠乳產品配方

表4為生物膠乳產品指標。

表4 生物膠乳產品指標

2.3 白卡紙中涂配方

表5為中試試驗時白卡紙中涂涂料配方。

表5 白卡紙中涂涂料配方

2.4 白卡紙底涂配方

表6為中試試驗時白卡紙底涂涂料配方。

表6 白卡紙底涂涂料配方

2.5 白紙板成紙物性

表7為白板紙成紙指標。

從表7可以看出，新的生物膠乳改性劑生產出來的生物膠乳應用在造紙涂料配方中，能夠顯著提高紙張的強度性能，特別是在濕強度和印刷性能方面。因為新的生物膠乳改性劑與淀粉有良好親和性，通過塑化交聯改進，提升了生物膠乳的成膜性能、防水性能和黏結強度。客戶著重考察的紙邊爆裂的效果也得到了很好的表現，滿足了客戶的需求。

表7 白板紙成紙指標

3 結論

（1）生物膠乳改性劑是一種生物膠乳生產過程的中間原料，在傳統工藝基礎上進行了乳化技術、聚合技術和接枝改性技術的升級。

（2）新的生物膠乳改性劑能夠提升生物膠乳的成膜、防水及黏結、印刷性能。

（3）使用新生物膠乳的成紙物理性能被提升，成紙的表面強度、印刷干強、印刷濕強和成紙耐濕摩擦性能改善，其他印刷性能等指標優良，紙張爆裂表現較好。

（4）生物膠乳改性劑能夠提升涂料配方中生物膠乳的使用量，穩定紙張品質，帶來紙張生產成本的節降，得到市場和客戶認可。