一種造紙施膠劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種造紙施膠劑的制備方法，包括步驟：1）水解明膠，得到膠原蛋白；2）將步驟1）得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為10～30%的膠原蛋白水溶液，調(diào)節(jié)其pH為5.0～10，然后按膠原蛋白質(zhì)量的2～10%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑，在35～55℃下反應(yīng)2～4h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；3）在保護氣下，按疏水性單體與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:（1～3）向步驟2）得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體，然后向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體質(zhì)量3～5%的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)15～30min，最后在65～85℃下接枝反應(yīng)2～4h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。本發(fā)明以生物質(zhì)資源膠原蛋白為原材料，在降低成本的同時，也緩解了環(huán)境污染問題。
【專利說明】一種造紙施膠劑的制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種造紙化學(xué)品領(lǐng)域，具體涉及一種造紙施膠劑的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]表面施膠可以彌補我國造紙業(yè)大量使用非木材纖維和廢紙漿所引起的系列問題，賦予紙張優(yōu)異的性能，適應(yīng)我國目前造紙及印刷行業(yè)發(fā)展需求，同時也符合國際發(fā)展的大趨勢。為了更好地發(fā)揮表面施膠效果，合理搭配使用廉價的天然高分子產(chǎn)品和性能優(yōu)異的合成聚合物助劑，加快現(xiàn)有產(chǎn)品性能改進及開發(fā)新型優(yōu)質(zhì)價廉產(chǎn)品是十分必要的。
[0003]膠原蛋白是天然高分子化合物，是世界三大可再生資源之一，具有合成高分子所無法比擬的優(yōu)良性能。其來源廣泛，成本低廉，生物降解性好，分子鏈上帶有豐富的活性基團，可以用來作為粘合劑、增強劑或表面施膠劑。其與植物纖維素通過某種“橋鍵”使二者以化學(xué)鍵結(jié)合，從而改善紙漿和紙的性能，并可以生產(chǎn)出具有特殊性能的紙類產(chǎn)品及生物降解材料。但將膠原蛋白單獨使用，其耐水性較差，且成膜性脆、無韌性、易破碎，難以滿足造紙工業(yè)生產(chǎn)的要求。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種造紙施膠劑的制備方法，該方法以生物質(zhì)資源膠原蛋白為原材料，其可以減少石油化工類原料的使用，在降低成本的同時，也緩解了環(huán)境污染問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種造紙施膠劑的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)水解明膠，得到膠原蛋白；
[0008]2)將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為10~30%的膠原蛋白水溶液，調(diào)節(jié)其pH為5.0~10，然后按膠原蛋白質(zhì)量的2~10%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑，在35~55°C下反應(yīng)2~4h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0009]3)在保護氣下，按疏水性單體與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1: (I~3)向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體，然后向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體質(zhì)量3~5%的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)15~30min，最后在65~85°C下接枝反應(yīng)2~4h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0010]本發(fā)明進一步改進在于:步驟I)中，通過胰酶水解明膠的方法，得到的膠原蛋白。
[0011]本發(fā)明進一步改進在于:步驟I)中，膠原蛋白的相對分子質(zhì)量為4000~10000。
[0012]本發(fā)明進一步改進在于:步驟2)中，交聯(lián)劑為碳化二亞胺、乙醛酸、京尼平、二苯基磷酸鹽、1,6-已二異氰酸酯或者環(huán)氧氯丙烷中的一種。
[0013]本發(fā)明進一步改進在于:步驟2)中，交聯(lián)反應(yīng)溫度控制在40°C，反應(yīng)時間為3h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系。
[0014]本發(fā)明進一步改進在于:步驟3)中， 引發(fā)劑為過氧化氫/硫酸亞鐵體系、過硫酸銨/亞硫酸氫鈉體系或者過硫酸銨/硫酸亞鐵體系中的一種。
[0015]本發(fā)明進一步改進在于:步驟3)中，所述保護氣為氮氣。
[0016]本發(fā)明進一步改進在于:步驟3)中，疏水性單體為醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或者丙烯酸乙酯中的一種。
[0017]本發(fā)明進一步改進在于:步驟3)中，向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體質(zhì)量4%的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)20min，最后在75°C下接枝反應(yīng)3h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0019]本發(fā)明一種造紙施膠劑的制備方法，該方法采用水解明膠得到的膠原蛋白是一種完全脫離石油資源的可再生天然材料，其廣泛存在于動物的結(jié)蹄組織、皮膚、骨骼等部位，來源豐富，制備成本低廉；膠原蛋白分子鏈上具有豐富的羧基、氨基和羥基等活性基團，易于對其進行化學(xué)改性，以改善其自身的一些性質(zhì)缺陷并賦予其他新的性能；膠原蛋白是一種兩性表面活性劑，具有一定自乳化功能，在施膠劑制備過程中可不另加乳化劑，避免乳化劑對產(chǎn)物性能會產(chǎn)生負(fù)面影響；膠原蛋白成膜性也超過了現(xiàn)有其他生物質(zhì)類施膠劑所用原材料如淀粉、松香和殼聚糖等，不需另加成膜助劑。同時，本發(fā)明所提出的制備方法簡單易行，只需一般的常規(guī)化工設(shè)備即可進行生產(chǎn)，且膠原蛋白與人體相容性好，揮發(fā)性小，制成施膠劑在使用過程中不會對人體健康產(chǎn)生危害，具有工業(yè)化生產(chǎn)的安全性條件，應(yīng)用前景良好。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]實施例1:
[0022]I)通過胰酶水解明膠的方`法，得到相對分子質(zhì)量為4000~10000的膠原蛋白；
[0023]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為10%的膠原蛋白水溶液，向其加入醋酸調(diào)節(jié)PH為5.5，然后按膠原蛋白質(zhì)量的2%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑碳化二亞胺，在35°C下反應(yīng)4h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0024]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體醋酸乙烯酯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:1向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體醋酸乙烯酯，然后按與疏水性單體醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為3%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過氧化氫/硫酸亞鐵體系，預(yù)引發(fā)15min，最后在65°C下接枝反應(yīng)4h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0025]實施例2:
[0026]I)通過胰酶水解明膠的方法，得到相對分子質(zhì)量為4000~10000的膠原蛋白；
[0027]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為20%的膠原蛋白水溶液，調(diào)節(jié)其PH為7.5，然后按膠原蛋白質(zhì)量的3%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑京尼平，在40°C下反應(yīng)3h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0028]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體丙烯酸丁酯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:2向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體丙烯酸丁酯，然后按與疏水性單體丙烯酸丁酯的質(zhì)量比為4%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過硫酸銨/亞硫酸氫鈉體系，預(yù)引發(fā)20min，最后在75°C下接枝反應(yīng)3h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0029]實施例3:
[0030]I)通過胰酶水解明膠的方法，得到相對分子質(zhì)量為4000?10000的膠原蛋白；
[0031]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為30%的膠原蛋白水溶液，其向其加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)其pH為10，然后按膠原蛋白質(zhì)量的5%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷，在55°C下反應(yīng)2h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0032]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體苯乙烯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:3向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體苯乙烯，然后按與疏水性單體苯乙烯的質(zhì)量比為5%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過硫酸銨/亞硫酸氫鈉體系，預(yù)引發(fā)30min，最后在85°C下接枝反應(yīng)2h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0033]實施例4:
[0034]I)通過胰酶水解明膠的方法，得到相對分子質(zhì)量為4000?10000的膠原蛋白；
[0035]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為15%的膠原蛋白水溶液，向其加入醋酸調(diào)節(jié)其pH為5.0，然后按膠原蛋白質(zhì)量的6%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑乙醛酸，在40°C下反應(yīng)3h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0036]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體甲基丙烯酸甲酯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:2向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體甲基丙烯酸甲酯，然后按與疏水性單體甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為4%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過硫酸銨/亞硫酸氫鈉體系，預(yù)引發(fā)20min，最后在70°C下接枝反應(yīng)3.5h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0037]實施例5:
[0038]I)通過胰酶水解明膠的方法，得到相對分子質(zhì)量為4000?10000的膠原蛋白；
[0039]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為25%的膠原蛋白水溶液，調(diào)節(jié)其pH為7，然后按膠原蛋白質(zhì)量的2%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑二苯基磷酸鹽，在50°C下反應(yīng)2.5h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0040]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體醋酸乙烯酯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:1.5向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體醋酸乙烯酯，然后按與疏水性單體醋酸乙烯酯的質(zhì)量比為5%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過氧化氫/硫酸亞鐵體系，預(yù)引發(fā)15min，最后在65°C下接枝反應(yīng)4h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0041]實施例6:
[0042]I)通過胰酶水解明膠的方法，得到相對分子質(zhì)量為4000?10000的膠原蛋白；
[0043]2)交聯(lián):將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為10%的膠原蛋白水溶液，其向其加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH為8，然后按膠原蛋白質(zhì)量的10%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑1，6_已二異氰酸酯，在50°C下反應(yīng)4h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系；
[0044]3)接枝改性:在氮氣保護下，按疏水性單體丙烯酸乙酯與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:2向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體丙烯酸乙酯，然后按與疏水性單體丙烯酸乙酯的質(zhì)量比為3%向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入引發(fā)劑過氧化氫/硫酸亞鐵體系，預(yù)引發(fā)15min，最后在75°C下接枝反應(yīng)3h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
[0045]綜上所述，本發(fā)明通過向膠原蛋白中加入交聯(lián)劑，會在膠原蛋白分子間或者分子內(nèi)均勻?qū)脒m量牢固的交聯(lián)化學(xué)鍵，與膠原蛋白分子上的羧基、羥基和氨基之間的氫鍵一起組成了具有多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)膠原蛋白，再加入疏水性單體對其進行接枝改性。這種交聯(lián)-接枝雙重改性方法在提高膠原蛋白成膜強度的同時，使之耐水性能、貯存穩(wěn)定性也得以提高。與合成高分子膠黏劑相比，該類生物質(zhì)資源造紙施膠劑具有來源廣泛、價格低廉、可生物降解等特點，是一種新型的環(huán)保施膠劑，對其的開發(fā)和利用勢在必行，同時也符合綠色化學(xué)的發(fā)展要求。
【權(quán)利要求】
1.一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)水解明膠，得到膠原蛋白； 2)將步驟I)得到的膠原蛋白溶于水中，配置成膠原蛋白質(zhì)量濃度為10?30%的膠原蛋白水溶液，調(diào)節(jié)其pH為5.0?10，然后按膠原蛋白質(zhì)量的2?10%向該膠原蛋白水溶液中滴入交聯(lián)劑，在35?55°C下反應(yīng)2?4h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系； 3)在保護氣下，按疏水性單體與交聯(lián)膠原蛋白的質(zhì)量比為1:(I?3)向步驟2)得到的交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體，然后向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體質(zhì)量3?5%的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)15?30min，最后在65?85°C下接枝反應(yīng)2?4h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟I)中，通過胰酶水解明膠的方法，得到的膠原蛋白。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟I)中，膠原蛋白的相對分子質(zhì)量為4000?10000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟2)中，交聯(lián)劑為碳化二亞胺、乙醛酸、京尼平、二苯基磷酸鹽、1，6-已二異氰酸酯或者環(huán)氧氯丙烷中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟2)中，交聯(lián)反應(yīng)溫度控制在40°C，反應(yīng)時間為3h，得到交聯(lián)膠原蛋白體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟3)中，引發(fā)劑為過氧化氫/硫酸亞鐵體系、過硫酸銨/亞硫酸氫鈉體系或者過硫酸銨/硫酸亞鐵體系中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述保護氣為氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟3)中，疏水性單體為醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或者丙烯酸乙酯中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種造紙施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟3)中，向交聯(lián)膠原蛋白體系中加入疏水性單體質(zhì)量4%的引發(fā)劑，預(yù)引發(fā)20min，最后在75°C下接枝反應(yīng)3h，得到白色乳液，為交聯(lián)-接枝雙重改性膠原蛋白造紙施膠劑。
【文檔編號】D21H21/16GK103669109SQ201310680982
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】王學(xué)川, 郝曉麗, 任龍芳, 強濤濤 申請人:陜西科技大學(xué)