阅读说明：本技术 一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺 (Processing technology for enhancing paper strength by using corn starch ) 是由 孙玉政 王建 张学亮 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺,涉及纸张制备技术领域,具体工艺如下：1)将玉米淀粉进行处理获得细化玉米淀粉颗粒；2)制备羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物；3)将羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物预热后进行微波处理,经抄造制得半成品纸张；4)对半成品纸张进行加压处理和脉冲电场处理,即可获得所需的高强度纸张。本发明提供的加工工艺,通过提高纸张承受外界载荷的能力,以及使得纸张的纤维结构更加规则、致密,从而实现纸张强度的显著提升,满足人们对纸张强度的要求。(The invention discloses a processing technology for enhancing paper strength by using corn starch, which relates to the technical field of paper preparation, and specifically comprises the following steps: 1) treating corn starch to obtain refined corn starch granules; 2) preparing a sodium carboxymethyl starch/corn starch complex; 3) preheating the sodium carboxymethyl starch/corn starch compound, performing microwave treatment, and making into semi-finished paper by papermaking; 4) and (5) carrying out pressurization treatment and pulse electric field treatment on the semi-finished paper to obtain the required high-strength paper. According to the processing technology provided by the invention, the capacity of the paper for bearing external load is improved, and the fiber structure of the paper is more regular and compact, so that the strength of the paper is obviously improved, and the requirement of people on the strength of the paper is met.)

一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺

技术领域

本发明属于纸张制备技术领域，具体涉及一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺。

背景技术

纸浆纤维在循环回用时经历了反复的机械磨浆、干燥过程，会产生纤维角质化现象从而降低了纸张强度。传统纸张强度增强的方法是通过添加增强助剂的化学方法，目前通常采用各种干强剂来提高纸张强度。干强剂主要分为四类：（1）合成聚合物，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、脲醛树脂和三聚氰胺树脂等；（2）改性淀粉，如阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、非离子型淀粉等；（3）纤维素、甲壳素衍生物及植物胶类，如羧甲基纤维素、甲壳素、壳聚糖等；（4）树脂障碍控制剂，如各种分散剂、螯合剂、生物酶制剂等。

由于我国属于农业大国，玉米资源丰富，并且淀粉含量高，而且价格低廉，因此采用淀粉作为干强剂具有降低成本的优点，但是单一的用淀粉作为干强剂，只能将纸张的强度提高20-30%，并不能满足人们的需求，因此对淀粉进行改性处理从而提高其对纸张强度的增强效果显得尤为重要。例如中国专利CN2017111856669公开了用于造纸的表面施胶剂和改善纸张强度的造纸方法，利用淀粉和稻壳粉作为原料，经复配制得表面施胶剂施加在原纸表面，从而使得纸张的各种物理强度得到显著提升。该专利文件是通过在纸张表面涂覆施胶剂的方法增强纸张强度的，由于施胶剂是涂覆在纸张表面，因此只能对纸张表面的强度起到增强效果，虽然对于一些薄纸和/或一些结构疏松的纸张，表面施胶剂可以渗透进纸张内部，因此在一定程度上也可以使薄纸和/或结构疏松的纸张的内部强度得到提升，但是对于一些厚纸和/或一些结构致密的纸张，表面施胶剂的渗透受到阻碍，使得厚纸和/或结构致密的纸张只有表面强度得到增强，其内部强度改善不明显，从而使得厚纸和/或结构致密的纸张的强度增强效果不能满足人们的需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）将玉米淀粉加入到水中，升温至70-80℃，在转速为150-300r/min下糊化25-35min，得到浓度为5-10%的淀粉浆料，然后在氢气环境下对淀粉浆料进行300-400W超声处理5-10min；本发明中采用超声波对淀粉浆料进行处理，在氢气气氛中，利用水作为介质，使得淀粉经超声波处理后表面会形成较深的孔洞，从而有助于浆料中的水分渗入淀粉表面的孔洞中；将淀粉浆料浓缩至相对密度为1.3-1.5，然后在-10--15℃下冻融8-13h；经过冻融处理，可以使淀粉孔洞中渗入的水形成水结晶，从而使得淀粉颗粒与水分相结合形成结合体；然后置于容器中，在50-80℃，0.02-0.06MPa条件下进行低压环境中的变温处理2-3h，然后将产物取出，在40-50℃下干燥2-3h，即可获得细化玉米淀粉；经过低压环境中的变温处理，由于淀粉与水的热涨系数不同，在处理过程中产生的热应力使得淀粉表面形成的孔洞逐渐增大，使得淀粉颗粒裂开，从而使得大颗粒的淀粉逐渐变成小颗粒，达到细化淀粉的目的，从而有助于玉米淀粉穿插在海藻酸钠的网络结构中，与羧甲基淀粉钠形成复合物；

2）将纳米级片状结构的羧甲基淀粉钠和细化玉米淀粉按照1:1的重量比加入到去离子水中，充分搅拌后制得羧甲基淀粉钠含量为7-10%的悬浮液，然后将海藻酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解后的到浓度为5-10%的海藻酸钠溶液，然后按照体积比为1:2-3，将海藻酸钠溶液加入到悬浮液中，混合搅拌后形成浆液，然后倒入不锈钢模具中，在-35--45℃下预冻15-20h，然后在-40--50℃，2-10Pa下冷冻干燥20-25h，得到羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物；本发明中通过将玉米淀粉和羧甲基淀粉钠均匀的分散在海藻酸钠溶液体系中，冷冻干燥后，海藻酸钠形成网络结构，成为支架，羧甲基淀粉钠和玉米淀粉分散于其中，通过海藻酸钠的粘结作用粘结在一起从而形成复合物，并且由于羧甲基淀粉钠为片状结构，玉米淀粉为球状颗粒，从而使得形成的复合物呈类似“三明治”结构；

3）按照重量比为1:5-8，将羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物加入到去离子水中，混合搅拌后制得复合物浆料，将含水量为20-30%的纸浆预热至60-80℃，然后用薄膜袋封装后放入微波装置中，在150-300W微波下处理15-45s，将纸浆取出后冷却至室温，然后按照重量比为10-15:1，将纸浆加入到复合物浆料中，混合搅拌后进行抄造制得半成品纸张；本发明中将纸浆预热后进行短时间的微波处理，在微波作用下，纸浆中的水分热运动加剧，与纸浆纤维的碰撞加剧，使得纤维中的部分微纤发生滑移，使得纤维的分布变宽，增大了纤维的比表面积，而且由于羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物呈类似“三明治”的三维结构，与纸浆纤维之间有较大的接触面积，使得羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物可以与纸浆纤维牢牢锁紧，增大了二者之间的界面粘结强度，从而使得纸浆纤维之间可以通过羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物牢固的结合在一起，并且纸浆纤维表面附着的独特的三维结构的羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物，可以对纸浆纤维承受外界载荷起到很大的支撑作用，并且其特殊的三维机构能在纸张的拉伸过程中以柳钉的形式在界面中传递内部载荷，从而可以阻止局部应力集中而导致纸浆纤维出现缺陷以及缺陷的增大，从而达到增强纸张强度的效果；

4）将半成品纸张平铺后在表面施加0.3-0.7MPa的载荷，对纸张进行加压处理100-150min，然后将半成品纸张传送至两极板距离为0.3-0.7cm的脉冲发生器中，在脉冲频率为1-2kHz，脉宽为10-20us，脉冲处理强度为30-60kV/cm下进行脉冲电场处理1000-1500us，取出后在60-70℃下干燥3-5h，即可获得所需的高强度纸张；本发明中，通过将半成品纸张加压处理后进行脉冲电场处理，在脉冲电场和脉冲磁场的交替作用下，使得纤维中的细胞腔发生塌陷，缩小了微细纤维分子链间的距离，一方面可以引起纤维分子链之间的聚集，有助于纤维之间粘连，从而增大了纤维之间的内部交联，另一方面有利于纤维分子间形成氢键，使得纤维结构更加规则、致密，从而可以进一步提高纸张强度；预先经过加压处理，可以将半成品纸张中富余的水分挤出，使得纤维变得僵硬，从而使得纤维细胞腔变形加剧，可以加快纤维细胞腔的塌陷。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的加工工艺，采用在纸浆纤维表面附着三维结构的羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物的方法，通过提高纸张承受外界载荷的能力，起到阻止局部应力集中而导致纸浆纤维出现缺陷以及缺陷的增大，并且将纸张加压后进行脉冲电场处理，缩小了纤维分子链间的距离，使得纤维结构更加规则、致密，从而实现纸张强度的显著提升，可以满足人们对纸张强度的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）将玉米淀粉加入到水中，升温至70℃，在转速为150r/min下糊化35min，得到浓度为5%的淀粉浆料，然后在氢气环境下对淀粉浆料进行300W超声处理10min，将淀粉浆料浓缩至相对密度为1.3，然后在-10℃下冻融13h，然后置于容器中，在0.02MPa的低压环境下，从室温到50℃，对物料进行变温处理2h，然后将产物取出，在40℃下干燥3h，即可获得细化玉米淀粉；

2）将纳米级片状结构的羧甲基淀粉钠和细化玉米淀粉按照1:1的重量比加入到去离子水中，充分搅拌后制得羧甲基淀粉钠含量为7%的悬浮液，然后将海藻酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解后的到浓度为5%的海藻酸钠溶液，然后按照体积比为1:2，将海藻酸钠溶液加入到悬浮液中，混合搅拌后形成浆液，然后倒入不锈钢模具中，在-35℃下预冻20h，然后在-40℃，2Pa下冷冻干燥25h，得到羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物；

3）按照重量比为1:5，将羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物加入到去离子水中，混合搅拌后制得复合物浆料，将含水量为20%的纸浆预热至60℃，然后用薄膜袋封装后放入微波装置中，在150W微波下处理45s，将纸浆取出后冷却至室温，然后按照重量比为10:1，将纸浆加入到复合物浆料中，混合搅拌后进行抄造制得半成品纸张；

4）将半成品纸张平铺后在表面施加0.3MPa的载荷，对纸张进行加压处理150min，然后将半成品纸张传送至两极板距离为0.3cm的脉冲发生器中，在脉冲频率为1kHz，脉宽为10us，脉冲处理强度为30kV/cm下进行脉冲电场处理1500us，取出后在60℃下干燥5h，即可获得所需的高强度纸张。

按照TAPPI方法，对本实施提供的50个纸张试样进行环压强度和耐破度测试，得到的结果为环压指数为8.35N.M/g，耐破指数为2.82Kpa.m²/g。

实施例2

一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）将玉米淀粉加入到水中，升温至75℃，在转速为200r/min下糊化30min，得到浓度为7%的淀粉浆料，然后在氢气环境下对淀粉浆料进行350W超声处理7min，将淀粉浆料浓缩至相对密度为1.4，然后在-13℃下冻融10h，然后置于容器中，在0.04MPa的低压环境下，从室温到65℃，对物料进行变温处理2.5h，然后将产物取出，在45℃下干燥2.5h，即可获得细化玉米淀粉；

2）将纳米级片状结构的羧甲基淀粉钠和细化玉米淀粉按照1:1的重量比加入到去离子水中，充分搅拌后制得羧甲基淀粉钠含量为8%的悬浮液，然后将海藻酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解后的到浓度为8%的海藻酸钠溶液，然后按照体积比为1:2.5，将海藻酸钠溶液加入到悬浮液中，混合搅拌后形成浆液，然后倒入不锈钢模具中，在-40℃下预冻18h，然后在-45℃，8Pa下冷冻干燥23h，得到羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物；

3）按照重量比为1:7，将羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物加入到去离子水中，混合搅拌后制得复合物浆料，将含水量为25%的纸浆预热至70℃，然后用薄膜袋封装后放入微波装置中，在250W微波下处理30s，将纸浆取出后冷却至室温，然后按照重量比为12:1，将纸浆加入到复合物浆料中，混合搅拌后进行抄造制得半成品纸张；

4）将半成品纸张平铺后在表面施加0.5MPa的载荷，对纸张进行加压处理120min，然后将半成品纸张传送至两极板距离为0.5cm的脉冲发生器中，在脉冲频率为1.5kHz，脉宽为15us，脉冲处理强度为50kV/cm下进行脉冲电场处理1200us，取出后在65℃下干燥4h，即可获得所需的高强度纸张。

按照TAPPI方法，对本实施提供的50个纸张试样进行环压强度和耐破度测试，得到的结果为环压指数为8.37N.M/g，耐破指数为2.85Kpa.m²/g。

实施例3

一种利用玉米淀粉增强纸张强度的加工工艺，具体工艺方法如下：

1）将玉米淀粉加入到水中，升温至80℃，在转速为300r/min下糊化25min，得到浓度为10%的淀粉浆料，然后在氢气环境下对淀粉浆料进行400W超声处理5min，将淀粉浆料浓缩至相对密度为.5，然后在-15℃下冻融8h，然后置于容器中，在0.06MPa的低压环境下，从室温到80℃，对物料进行变温处理3h，然后将产物取出，在50℃下干燥2h，即可获得细化玉米淀粉；

2）将纳米级片状结构的羧甲基淀粉钠和细化玉米淀粉按照1:1的重量比加入到去离子水中，充分搅拌后制得羧甲基淀粉钠含量为10%的悬浮液，然后将海藻酸钠加入到去离子水中，搅拌溶解后的到浓度为10%的海藻酸钠溶液，然后按照体积比为1:3，将海藻酸钠溶液加入到悬浮液中，混合搅拌后形成浆液，然后倒入不锈钢模具中，在-45℃下预冻15h，然后在-50℃，10Pa下冷冻干燥20h，得到羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物；

3）按照重量比为1:8，将羧甲基淀粉钠/玉米淀粉复合物加入到去离子水中，混合搅拌后制得复合物浆料，将含水量为30%的纸浆预热至80℃，然后用薄膜袋封装后放入微波装置中，在300W微波下处理15s，将纸浆取出后冷却至室温，然后按照重量比为15:1，将纸浆加入到复合物浆料中，混合搅拌后进行抄造制得半成品纸张；

4）将半成品纸张平铺后在表面施加0.7MPa的载荷，对纸张进行加压处理100min，然后将半成品纸张传送至两极板距离为0.7cm的脉冲发生器中，在脉冲频率为2kHz，脉宽为20us，脉冲处理强度为60kV/cm下进行脉冲电场处理1000us，取出后在70℃下干燥3h，即可获得所需的高强度纸张。

按照TAPPI方法，对本实施提供的50个纸张试样进行环压强度和耐破度测试，得到的结果为环压指数为8.31N.M/g，耐破指数为2.76Kpa.m²/g。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。