生物胶乳改性剂产品的研发及在造纸行业中的最新应用

隋晓飞 ，张文超 ，郑 刚 ，戴 玲

（1.九洲生物技术（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000；2.浙江凯恩特种材料股份有限公司，浙江 丽水 323300）

生物胶乳是一种基于生物的胶粘剂产品，通过淀粉改性形成纳米级颗粒，具有稳定的空间网络结构。在造纸中使用生物胶乳部分取代丁苯胶乳能保证成纸的强度性能，且可提高涂料的保水性能及成纸的透气性能，一定程度上降低了生产成本，同时对环保有一定的帮助[1]。

生物胶乳源于淀粉，通过对淀粉添加改性剂制得，故不会受石化能源-石油资源的限制和价格上涨的影响。通过对生物胶乳的不断研发创新，相信生物胶乳在涂布纸涂料中的应用前景会很好[2]。

生物胶乳的研发和创新在于改性剂的升级换代和工艺的创新开发。生物胶乳因为其特有的属性，成膜硬脆，黏结强度不好，防水性能不佳，通常需要添加一些小分子增塑剂及交联剂对其进行改性；但是，目前市场上的生物胶乳产品的成膜、黏结和抗水性能还是不理想。

本文采用九洲生物技术（苏州）有限公司制备的一种新的高分子聚合物生物胶乳改性剂，进行模拟生产的实验室小试和客户现场生产大中试试验验证，改善了生物胶乳成膜、抗水性能和黏结强度，提高了生物胶乳在纸张涂料中的应用性能。

1 实验

1.1 实验仪器

实验仪器有电动搅拌器、四口烧瓶、温度计、冷凝管、滴管漏斗、恒温水浴锅、电热恒温干燥箱和NDJ-79旋转黏度计。

1.2 原料及配方

表1为生物胶乳改性剂产品配方。

表1 生物胶乳改性剂产品配方

一定浓度的淀粉衍生物升温至90～95℃，滴加单体混合物。单体混合物包括丙烯酸长链酯、单体G01、交联剂024，同时滴加引发剂301，混合单体滴加3～5 h，引发剂比单体多30 min加完，引发剂加完后，保温2～4 h，保温完成，用氨水调节pH，降温出料，生物胶乳改性剂制备完成。

1.3 产品指标

表2为生物胶乳改性剂产品指标。

表2 生物胶乳改性剂产品指标

1.4 检测方法

涂料固含量检测方法参照GB 1725—1979《涂料固体含量测定法》；涂料低剪切黏度检测方法参照GB/T 1723—1993《涂料黏度测定法》；涂料高剪切黏度检测方法参照GB/T 9751—1988《涂料在高剪切速率下黏度的测定》；白度检测方法参照GB/T 7974—2013《纸、纸板和纸浆 蓝光漫反射因数D 65亮度的测定》；厚度检测方法参照GB/T 451.3—2002《纸和纸板厚度的测定》；平滑度检测方法参照GB/T 456—2002《纸和纸板平滑度的测定》；粗糙度检测方法参照ISO 8791-4《粗糙度/平滑度的测定》；光泽度检测方法参照GB/T 8941.3—1988《纸和纸板镜面光泽度测定法 75°角测定法》；耐折度检测方法参照GB/T 457—1989《纸耐折度的测定法》；层间结合强度检测方法参照TAPPI T 541《Internal Bond Strength of Paperboard》；油墨吸收性检测方法参照GB 12911—1991《纸和纸板油墨吸收性的测定法》；IGT干拉毛或者拉毛强度检测方法参照GB/T 22365—2008《纸和纸板印刷表面强度的测定》；纸张的湿摩擦检测方法参照TAPPI T 476《Abrasion loss of paper and paperboard》；表面吸收性能检测方法参照GB/T 1540—1989《纸和纸板吸水性的测定法》。

2 工厂实验部分

2.1 原料及配方

表3为生物胶乳产品配方。

一定浓度的原淀粉滴加高温酶升温至90～95℃，反应制备生成低黏度淀粉乳，保温0.5～1 h，添加适量生物改性剂反应0.5～1 h，降温出料，生物胶乳制备完成。

2.2 产品指标

表3 生物胶乳产品配方

表4为生物胶乳产品指标。

表4 生物胶乳产品指标

2.3 白卡纸中涂配方

表5为中试试验时白卡纸中涂涂料配方。

表5 白卡纸中涂涂料配方

2.4 白卡纸底涂配方

表6为中试试验时白卡纸底涂涂料配方。

表6 白卡纸底涂涂料配方

2.5 白纸板成纸物性

表7为白板纸成纸指标。

从表7可以看出，新的生物胶乳改性剂生产出来的生物胶乳应用在造纸涂料配方中，能够显著提高纸张的强度性能，特别是在湿强度和印刷性能方面。因为新的生物胶乳改性剂与淀粉有良好亲和性，通过塑化交联改进，提升了生物胶乳的成膜性能、防水性能和黏结强度。客户着重考察的纸边爆裂的效果也得到了很好的表现，满足了客户的需求。

表7 白板纸成纸指标

3 结论

（1）生物胶乳改性剂是一种生物胶乳生产过程的中间原料，在传统工艺基础上进行了乳化技术、聚合技术和接枝改性技术的升级。

（2）新的生物胶乳改性剂能够提升生物胶乳的成膜、防水及黏结、印刷性能。

（3）使用新生物胶乳的成纸物理性能被提升，成纸的表面强度、印刷干强、印刷湿强和成纸耐湿摩擦性能改善，其他印刷性能等指标优良，纸张爆裂表现较好。

（4）生物胶乳改性剂能够提升涂料配方中生物胶乳的使用量，稳定纸张品质，带来纸张生产成本的节降，得到市场和客户认可。