1、0南京林业大学本科毕业论文题目：大豆蛋白 Pro-Cote6210 改良涂料配方的研究学 院： 轻工科学与工程学院专 业： 轻化工程-制浆造纸（工艺）学 号： 070202310指导老师： 马金霞职 称： 教授二一一年五月二十八日1摘要涂料的流变性能是影响涂布加工纸质量的重要因素之一，对涂布后涂布纸表面性能具有重要影响。由此，正确的设计涂料配方，使得涂料能够在达到较好涂布效果的同时，还能尽量的减少生产成本的投入。本实验通过向涂料中添加Pro-Cote6210 这种大豆高聚物，探究其是否能用作胶黏剂使用，从而代替部分胶乳的用量，在代替的同时也能达到较理想的涂布效果，从而达到改善涂料配方的目的。通
2、过本实验，发现大豆蛋白的加入能够使得涂料的固含量有所提高，涂料黏度下降，增稠降黏。同时大豆蛋白加入后能够使得涂料的流变性和保水性都有所改善，涂布后纸张表面涂层覆盖性和均一性都比相同黏度下的 CMC 涂料类型要好，且固含比之有所提高。油墨吸收性能也随着用量的加入有所提高。由此可见大豆蛋白加入涂料中能够代替部分胶乳达到改善涂料配方的作用，经过本实验探究，发现大豆蛋白用量在 2%，胶乳用量为 12%时，涂布纸能够获得最理想的表面性能。关键词：大豆蛋白 流变性 代替胶乳 改善涂料配方2ABSTRACTThe rheological properties of coating and water-ret
3、aining property are two important factors of coating paper, which will affect the quality of coating producing paper. They also have important influence on the surface properties. Thus,correctly design the coating formulation can attach better coating result, at the same time, still can try to reduc
4、e production cost input. This experiment through adding Pro-Cote 6210 ,this kind of soybean polymer, aiming at to explore if it can be used instead of partial adhesive, thus the dosage, replacing part of the latex and also achieve the ideal coating effect, so as to achieve the purpose of improving t
5、he paint recipe.Through the experiment, we found that when add soybean protein to the coating, the content of solid coating would be improved, and at the same time reduce the coating viscosity. Meanwhile soybean protein accession can make the rheological properties and water-retaining property both
6、be improved after surface coating. After coating, generally homogeneity of coating paper will be better than the same viscosity of the CMC coating types, and solid content is also be improved. With the dosage increased, the ink absorbing performance also increase. It shows that the soybean protein j
7、oin into the coating can replace parts of latex to improve the effect.After the experiment, we found that when the soybean protein dosage is at 2% and latex dosage is at 12%, coated paper will obtain the most ideal surface properties.Keywords: soybean-protein rheological replace part of latex improv
8、e the recipe of coating 3目录摘要 .0第一章 前言 .11.1 研究目的和意义 .11.2 涂料的保水性能 .11.2.1、颜料对保水性的影响 .21.2.2、胶黏剂对保水性的影响 .21.2.2.2、胶黏剂的性质和作用及使用应满足的条件 .21.2.3、水保留剂对保水性的影响 .61.2.4、固含量对涂料保水性能的影响 .61.2.5、涂料温度对涂料保水性能的影响 .71.2.6、黏度对涂料保水性能的影响 .71.2.7、涂料 pH 对涂料保水性的影响 .71.3、涂料的流变性能 .81.3.1、颜料对流变性能的影响 .81.3.2、胶黏剂对流变性能的影响 .91.
9、3.3、助剂及增稠剂对流变性能的影响 .111.4、实验内容 .12第二章 实验原料与实验方法 .132.1、引言 .132.2、实验过程 .132.2.1、实验原料和实验仪器 .132.2.2、实验方法 .142.3、结果与分析 .182.3.1、有效体积浓度实验结果分析 .182.3.2、固含量对黏度的影响 .212.3.5、胶乳用量对涂料黏度和保水值的影响 .242.3.6、大豆蛋白对涂布纸性能研究 .252.3.4.1 涂布纸光泽度的比较 .25第三章 小结 .344致谢 .35参考文献 .11第一章 前言涂料是一种复杂的固液体系,为了使得成纸的涂层达到所需要求,我们对配制的涂料有很多
10、具体的要求。以求达到最好的涂布效果和较好的涂布纸性能。本研究通过对涂料配方具体成分的研究，并最终使用大豆蛋白聚合物代替部分胶乳，来进行优化涂料配方的研究。1.1 研究目的和意义：纸张涂料是一种典型的非牛顿型流体,主要是由颜料，胶黏剂和水组成的分散体系，这种体系可看作悬浮体的多相体系。由于涂料中各部分组分的加入量的不同，涂料的各项性能也会受到较大的影响。其影响性能的主要因素有保水性、黏度、流变性、固含量等。在剪切力作用下,涂料结构形态的改变及流动规律具有特殊的性质.本论文针对涂料配方,研究了在低剪切作用力下，在涂料中添加大豆蛋白对涂料流变性能、保水性能及涂布后纸页表面性能的影响,并分析了涂料在中
11、低剪切速率条件下流变性能的变化情况.通过实验中大豆蛋白替代部分胶乳的加入，来实现减少胶乳用量的同时能获得替换之前相同性能的目的，从而改良涂料配方，改善涂布运行性，提高涂布纸质量，不仅降低了生产成本，减少了对环境有害物质的排放，有利于保护环境，降低工业污染。1.2 涂料的保水性能 【3】涂料的保水性通常指的是施涂于纸面的涂料保持其中有利水分不逸去的能力，是涂料的固有属性。涂料是多组分体系，可近似认为由固相和液相构成。涂料的固相是颜料颗粒，易被水润湿、分散；液相是溶于水中胶黏剂和添加剂。涂料中的水可分为两部分：为了得到最佳分散，必须有一定量的水分散颜料和溶解胶黏剂。这部分称为涂料稳定用水；此外，实
12、际涂料配制所需要的水还包括游离水，游离水很容易移动和逸去。有关资料表明 【1】 ，涂料的保水性对涂布纸的质量有相当的重要性，不论是在刮刀涂布方面还是在气刀涂布方面，对涂料的保水性都有一定的要求，涂料保水性的高低直接影响涂布机的运转状况和涂布纸的质量。良好的涂料保水性可赋予涂料在气刀和刮刀的剪切作用下，以理想的流变性，可涂性，消除刮痕，改善涂布作业的可运转性。2涂料良好的保水性还意味着涂料胶黏剂可均匀地与涂料中的其他组分混合，在涂层干燥前胶黏剂不明显向涂层表层迁移，同时控制胶黏剂适量向涂布原纸中渗透，使涂料组分在涂层中比较均匀地分布，从而使得涂料中颜料与颜料之间的结合及颜料与原纸之间的结合比较均
13、匀，由此可改善涂层强度，减少图层掉粉掉毛现象。此外，保水性好的涂料，在气刀或刮刀涂布的高切变作用下，剪切增稠可能性小，涂料流变性好，所以在高固含量下，颜料仍能保持较好的定向性，对提高纸面光泽度有利。涂料保水性直接与涂料各组分的亲水能力有关。亲水能力强则可使涂料保水性高，反之则低。决定涂料保水性高低理论上有三大组分：颜料、胶黏剂、保水性添加剂。1.2.1、颜料对保水性的影响颜料的种类很多，国内外涂布纸颜料绝大多数都是矿物颜料，如瓷土、滑石粉、碳酸钙等，这些颜料是离子型结晶体微粒，一般来说对水有比较强的亲和力，对涂料保水性有比较好的作用。通常的矿物保水性的影响有所差别，一般认为 【2】 ：在涂料配
14、方中随瓷土被其他颜料取代保水值相应降低，天然研磨碳酸钙作为涂料颜料会使涂料保水性明显降低。同一种颜料，产地不同，对涂料的保水性影响也不同。对相同的颜料，颗粒大小和形状对保水性也有影响，一般来说颗粒较粗则对涂料保水性有副作用，细则保水性较高。1.2.2、胶黏剂对保水性的影响在涂料组分中，涂料保水性高低主要取决于胶黏剂的种类，这也是涂料保水性研究最多的内容。1.2.2.1、胶黏剂的分类 【4】胶黏剂一般分两大类:一类是天然产物,例如变淀粉、干酪素、豆酪素、动物胶等。在天然的胶黏剂当中应用最多的是变性淀粉,它有质量稳定和价格便宜的特点。另一类的合成胶料常用的有丁苯胶乳、羧基丁苯胶乳、聚乙烯醇、聚丙烯
15、酸酯等。在合成胶黏剂中应用最多的是羧基丁苯胶乳和聚丙烯酸酯乳液,前者乳液稳定性稍差,且易反黄,后者质量较为稳定,但相对价格较高。1.2.2.2、胶黏剂的性质和作用及使用应满足的条件、性质胶黏剂的性质与颜料的黏结能力要强,否则造成白度、不透明度的降低,其次与颜料的适应性要好,并且要保证涂层具有适当的吸墨性,适当的塑性,以提高压光效果。3、作用1)作为颜料的载运体,使颜料具有适当的流动性。2)作为颜料的胶体保护剂。3)作为颜料和颜料以及颜料与原纸的结合剂。4)在涂布纸印刷的时候,控制印刷油墨的吸收性。1.2.2.3、常用的几种胶黏剂的性能、淀粉胶黏剂是一种白色粉末,主要是从玉米、白薯、马铃薯和小麦
16、中提取,它没有黏合性能,淀粉要起到胶黏作用,必须在水中分散形成一种颗粒状悬浮液进行熬制胶状分散体,熬制后的形式即通常所说的糊化淀粉。用作胶糊剂的淀粉在制备时要求固含量 25-35%。淀粉胶黏剂的优点是黏结强度大，重量轻，无腐蚀，成本低，易制造等。但也存在着不容忽视的问题：产品质量不稳定。玉米淀粉一般都由各单位自行氧化处理，工艺控制困难，天气变化容易形成冻胶和霉变，使一些企业纸箱产品很不稳定；自然风干速度慢，耐水性差。 【6】淀粉胶黏剂的的发展趋势：1、淀粉胶黏剂主要发展趋势是通过加入高分子材料对其进行改性!使其耐水性，干燥速度，初黏速度，储存时间等参数明显提高。2、近年来!国内淀粉胶黏剂的研究
17、多采用加入一些增黏剂形成复合淀粉胶的方法来提高耐水性，黏接强度和干燥速度。3、为了克服液体淀粉胶黏剂的黏度稳定性差，不易久存，运输不便等不足，固体淀粉胶黏剂的研究也广泛开展起来。、聚乙烯醇是用碱或酸水解聚乙烯醋酸酯制得的高分子聚合物,简称 PVA,水解的羧基聚代醋酸基的程度,称为水解度。水解度越高,其水溶性越低。根据水解度的不同,聚乙烯醇分成冷溶及热溶聚乙烯醇两个品级。涂布上多使用水解度为 98%的热溶产品。它为白色至淡色的碎屑状物,比重为 1.19-1.27。聚乙烯醇作为胶黏剂有以下特点:1)易成膜,油墨光泽良好。2)与颜料的结合力强,胶黏剂用量少。3)白度高,不易褪色。4)不易发霉,能耐油
18、脂。4其缺点是耐水性差,涂料流动性也差。、羧基丁苯胶乳羧基丁苯胶乳是在丁二烯和苯乙烯两种单体中加进第三种单体(羧酸如丙烯酸等)而形成的共聚物,由于引进了活性基团羧基(-COOH),从而增强了胶乳膜的熟化反应,增加了胶乳的黏结能力和乳液的稳定性,羧基化改性处理对胶乳的特性有很大的影响。羧基丁苯胶乳是造纸工业上应用最广泛的涂布胶黏剂 【5】 。胶乳是一种白色乳状液体,具有很强的黏结性。典型的胶乳固含量为 50%,粒径大小为 100nm300nm(平均粒径 200nm),每立方厘米乳液中含有 10 亿个以上的粒子。胶乳生产厂家通过调节聚合物粒子的组成、粒径大小、分子量、链节个数来控制胶乳产品特性。其
19、优点在于能降低涂料黏度,适当降低涂布纸的挺度,有利于进一步加工和具有良好的印刷适性。它是目前应用最广泛的涂布印刷纸用胶黏剂,一般与改性淀粉、干酪素等辅助胶黏剂配合使用,能得到流动性、施胶性能和成纸性能优良的涂料。在造纸涂料中,胶乳首先被作为一种黏结剂使用,然后胶乳对涂布纸的表面特性如光泽度、纸面孔隙度以及压光效果产生影响,胶乳也影响到涂料的流变性和安定性。当配制涂料时,通过静电作用及空间位阻效应,胶乳能分散颜料粒子的絮集体,增加涂料悬浮液的多分散性,提高涂料液的稳定性;当涂层干燥时,胶乳能把颜料粒子黏接在一起,并能通过与纤维的钩连作用使涂层牢固地黏着在纸张表面,增加涂层的强度。 【7】 增加胶
20、乳用量,涂料的保水值降低。众所周知,连续相的黏度影响涂料的保水性。随着胶乳用量的增加,涂料的低剪切黏度增大,涂料的保水性变好;另一方面,网络形结构改善涂布运转性能和涂料保水性,湿涂结构效应的影响使涂料保水值降低。、聚丙烯酸酯丙烯酸酯胶乳和丁苯胶乳、聚酯酸乙烯在外观和胶乳性质上基本相似,具有很好的剪切稳定性、黏度低、膜耐折、柔韧等。其印刷性几乎不受涂布量的影响,并在每一涂布下都显示优越的印刷性,即提高涂布纸的表面平滑度,也改善了涂布纸的可压缩性,可见使用丙烯酸酯胶乳可提高印刷质量、油墨吸收性,增加印刷光泽度。、改性大豆蛋白胶黏剂大豆蛋白是以低温豆粕为原料,分离提取的大豆分离蛋白、大豆组织蛋白等新
21、型大豆制品,是目前市场上的主导型蛋白产品,其蛋白含量和功能特性各不相同,因而用途也不尽相同 【8】 。利用大豆蛋白制备胶黏剂主要依赖于大豆蛋白独特的化学组成和分子结构。在天然的大豆分子中,其多肽链上绝大多数的极性和非极性基团通过范德华力、氢键、疏水作用、5静电作用等构成稳定的多级结构,进而形成致密结合的球体,但黏接作用较差。通过水解作用,可以使蛋白质分子分散和展开,使极性和非极性基团暴露,从而提高其黏接强度 【9】 。、大豆蛋白的组成：大豆蛋白主要由 11S 球蛋白(可溶性蛋白)、7S 球蛋白(-浓缩球蛋白与 -浓缩球蛋白)、2S 和 15S 组成。其中 7S 和 11S 球蛋白占总蛋白的 7
22、0%以上,11S 比 7S 含有更多的含硫氨基酸,在色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸的含量上,7S 是 11S 的 56 倍,而且 7S 球蛋白是糖蛋白。这两个成分与大豆蛋白的功能性密切相关。、大豆蛋白的结构：大豆蛋白质是含有 18 种氨基酸的复杂大分子,具有特定的初级结构和高级空间结构。初级结构是由氨基酸经过 螺旋结构、 折叠结构、随机结构等排列而成,初级结构相互连接成二级结构,而二级结构相连成立体状的三级结构,具有立体构造的蛋白质单位分解和组合成为四级结构。、大豆蛋白改性机理大豆蛋白质分子中含有多种化学功能基团,能发生多种化学反应,为大豆蛋白的改性提供可能。大豆蛋白质分子的天然状态是最稳定的状态,
23、稳定其二级、三级、四级结构的氢键、静电作用、范德华力等作用力中,除共价键中双硫键的键能(330380kJ/mol)较大外,其他作用力均较小。因而,当蛋白质分子受到如温度、辐射、酸碱等作用时,蛋白质分子二级以上的结构会发生变化,从而导致某些性质改变 【10】 。天然的大豆蛋白沿着蛋白质大分子主链,分布着-NH2、-COO-、-CONH-等亲水性基团,这些亲水性基团与水分子有极强的亲和力,能借助氢键将极性的水分子吸附到蛋白分子周围。亲水性残基位于能够与水接触的蛋白质分子外侧,形成亲水性区域;大豆球蛋白通过内部的-CH3 和-C2H5 等非极性基团作用形成疏水性区域 【11】 。由于球蛋白二级结构有
24、利于胶合强度的提高,故应在保留一定程度球蛋白二级结构的前提下对大豆原料进行改性,使蛋白质分子结构适当展开(解卷),部分活性反应点外露,以增加分子间反应的结合点。在此基础上加入其他化合物与之反应,使其产生疏水性,从而提高大豆蛋白胶黏剂的耐水性和胶合强度。与改性大豆蛋白胶相关的性质变化包括:(1)疏水性基团的暴露,蛋白质在水中溶解性能降低;(2)蛋白质结合水的能力发生变化;(3)蛋白质分散系的黏度发生变化等 【12】 。、改性大豆蛋白胶黏剂的研究进展传统大豆胶黏剂是由豆粉或大豆蛋白加入成胶剂和助剂调制而成,其干状黏接强度可达 1.0MPa 以上,但属于非耐水性胶黏剂。大豆蛋白胶黏剂的功能性与其理化性质紧密相
