變性淀粉在造紙中的應(yīng)用.doc

變性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用1. 前言 眾所周知, 淀粉是一種來源豐富的可再生性資源, 是植物光合作用的產(chǎn)物。天然淀粉及淀粉衍生物具有的特性使其在生命活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)中都有著廣泛的用途。夭然淀粉具有許多性質(zhì)上的不足之處如不溶于冷水、淀粉糊易老化脫水、被膜性差、缺乏乳化力、耐藥性和耐機(jī)械性差等，而通過使用化學(xué)或物理方法處理天然淀粉后, 能改善其部分物理特性使之符合某種特定工業(yè)用途的要求, 這種處理過程稱為淀粉的變性1。2.變性淀粉的定義通常所說的變性淀粉是指淀粉中羥基經(jīng)受化學(xué)反應(yīng)或糊精內(nèi)部結(jié)構(gòu)分配的改變而得到的產(chǎn)物。淀粉變性的主要產(chǎn)品有淀粉的各種分解產(chǎn)物如各種糊精、氧化淀粉等、交聯(lián)淀粉、淀粉衍生物如淀粉脂、淀粉醚等2。3.變性淀粉的應(yīng)用淀粉的分解產(chǎn)物糊精可用于醫(yī)藥工業(yè)作為膠囊的包衣, 也用于抗生素發(fā)醇的營(yíng)養(yǎng)源,還可在翻砂制模時(shí)用作粘結(jié)料在紡織印染中可以增稠染料在造紙中作涂層用等3。4.變性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用4.1 造紙上常用的變性淀粉 按離子特性分, 在造紙上常用的變性淀粉有下列五類：陰離子淀粉、陽離子淀粉、兩性及多元變性淀粉、非離子淀粉及其它變性淀粉4。 按制作方法分為酸變性淀粉、氧化淀粉、交聯(lián)淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉。 酸變性淀粉雖基本保持了原淀粉的顆粒形狀,但酸變性淀粉顆粒因酸的作用具有輻射形裂紋,受熱沿裂紋裂解而不是膨脹,熱糊粘度較低?？勺鳛槭┠z劑和膠粘劑使用,提高紙張表面的光滑性和耐摩擦能力。氧化淀粉由于氧化劑對(duì)淀粉的漂白作用,色澤比原淀粉白,糊液穩(wěn)定性高,凝沉性減弱,溶解性增加,糊化溫度低,粘度低,成膜性好等特點(diǎn)。在造紙工業(yè)中,主要用作涂布粘合劑和表面施膠劑,也可與聚乙烯醇混和使用,提高紙張的表面強(qiáng)度利和張平滑度,提高紙張的適印性。但由于帶有羰基和羧基呈弱陰性,且與紙漿中鋁離子結(jié)合能力差,與纖維的結(jié)合力也差,在高檔紙張的表面施膠中已逐步被陽離子淀粉及其它本身留著率高的淀粉所取代。氧化淀粉還可用作膠粘劑,應(yīng)用于疊層紙、紙板裱糊和瓦楞紙的粘合。交聯(lián)淀粉的糊粘度對(duì)熱、酸、堿和剪切力的影響具有較高穩(wěn)定性。其穩(wěn)定性隨交聯(lián)化學(xué)鍵的不同而存在差別。在造紙工業(yè)中用作打漿施膠劑,瓦楞紙和紙箱紙的膠粘劑56。4.2 變性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用 變性淀粉是重要的造紙化學(xué)品，變性淀粉在造紙行業(yè)中的應(yīng)用給造紙行業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。變性淀粉應(yīng)用于造紙工業(yè)的主要作用如下：用于濕部添加、用于層間噴涂、用于紙張的表面施膠、用于涂布加工紙7 8。通過向濕部體系中添加變性淀粉，可以優(yōu)化濕部化學(xué)， 有效的控制濕部Zata電位。從而大致控制濕部化學(xué)組分的平衡， 以達(dá)到提高紙機(jī)抄造性能和紙張的質(zhì)量的目的。所謂噴霧淀粉,就是利用噴霧的方法,進(jìn)行添加的淀粉.其應(yīng)用機(jī)理是:當(dāng)紙板在紙機(jī)濕部成形時(shí),把淀粉顆粒分散在水中,形成一種懸浮漿狀物,噴在紙板上,淀粉顆粒與纖維均勻的混合在一起,隨后在烘缸處獲得熱量而凝膠化。 這個(gè)噴霧系統(tǒng)的建立,可使淀粉在紙頁(yè)的整個(gè)厚度上均勻分布,從而起到增強(qiáng)作用。 紙張是由許多植物纖維形成,為使紙張具有光滑的表面,一定的強(qiáng)度,較好的書寫和印刷性能,就要在生產(chǎn)過程中添加施膠劑,變性淀粉應(yīng)用于表面施膠劑不僅提高了紙頁(yè)的抗水性,還能提高耐破度、耐折度、抗張強(qiáng)度、平壓強(qiáng)度、環(huán)壓強(qiáng)度等強(qiáng)度指標(biāo)。 變性淀粉是涂布配方的重要組分，主要用作膠粘劑，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的粘結(jié)特性，能使顏料顆粒相互粘結(jié)并粘附在紙張上；具有良好的保水性，能防止涂料在制作時(shí)出現(xiàn)脫水現(xiàn)象；能提高刮刀涂布時(shí)的流變性，有較寬的粘度范圍，可滿足大多數(shù)涂料的粘度要求；能夠與許多合成乳膠具有良好的相容性，且能改善合成乳膠的性能等。用變性淀粉代替價(jià)格昂貴的干酪素、合成樹脂等?？纱蟠蠼档屯坎技庸さ纳a(chǎn)成本，并且可以提高紙張的適印性能，使印刷時(shí)不易掉毛、掉粉、斷頭和糊版，并能控制紙張油墨的吸收性、平滑性、光澤度、白度等910。4.3 紙用變性淀粉的新發(fā)展所謂兩性或多元變性技術(shù)是指在同一淀粉分子上既進(jìn)行陰離子變性又進(jìn)行陽離子及非離子變性的技術(shù)。美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家早在70 年代就開發(fā)了作為助留、增強(qiáng)、助濾及涂布用的兩性淀粉, 其應(yīng)用效果明顯高于普通陰、陽離子淀粉,但噸售價(jià)一般要高出陽離子淀粉1000 元左右。1990 年,我們開發(fā)成功了適用于草、木漿增強(qiáng)的多元變性淀粉HC - 3 , 近年來又相繼開發(fā)成功YZ - 151 、YZ - 152 、YZ - 128 等系列多元變性淀粉。在合成工藝上也作了極大的改進(jìn), 使制造成本較大幅度下降,已完全適應(yīng)我國(guó)高草漿、廢紙漿造紙的國(guó)情。1997 年被國(guó)家科委列為“九五”攻關(guān)項(xiàng)目, 目前我國(guó)許多大、中型紙廠正在使用, 深受造紙行業(yè)的歡迎。4.4 多元變性淀粉的應(yīng)用原理(1) 多元變性淀粉分子中的陰離子基團(tuán)能對(duì)陽離子基團(tuán)起保護(hù)作用, 電性排斥紙漿體系中的活性“雜”陰離子干擾物質(zhì); 反之多元變性淀粉分子中的陽離子基團(tuán)也能對(duì)陰離子基團(tuán)起保護(hù)作用, 電性排斥紙漿體系中的活性“雜”陽離子干擾物質(zhì);這種陰、陽離子基團(tuán)間的相互協(xié)調(diào)作用使得對(duì)含有陰、陽“雜”干擾離子物質(zhì)較多的草漿、廢紙漿及新聞紙漿等具有較明顯的應(yīng)用效果(相對(duì)普通的陰、陽離子變性淀粉) 。而多元變性淀粉分子中的非離子取代基則往往起增效作用。(2) 多元變性淀粉的電荷基本平衡,多加不會(huì)影響紙漿中的Zeta 電位, 使應(yīng)用條件放寬了, 從而方便了紙廠的應(yīng)用。(3) 多元變性淀粉的應(yīng)用效果與應(yīng)用特點(diǎn)隨離子基團(tuán)摩爾比及工藝條件的不同而不同, 應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用目的選用不同商品牌號(hào)的產(chǎn)品11 12。4.5 兩性或多元變形淀粉在造紙中的特殊應(yīng)用4.5.1 助留助濾劑多元變性淀粉平衡了陰離子和陽離子集團(tuán)，通常的陽離子淀粉與帶陰離子的纖維、填料相遇吸附而形成絮凝結(jié)構(gòu)，從而有助于細(xì)小纖維、填料的留著，改善濾水性，提高成紙的灰分及減少噸紙的漿耗、降低白水的濃度。但過度的絮凝會(huì)影響紙頁(yè)的勻度，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。但兩性淀粉中的陰離子既能通過鋁離子與帶負(fù)電荷的纖維和填料發(fā)生吸附，又能電性排斥體系中的雜陰離子而保護(hù)陽離子，同時(shí)對(duì)帶陰離子的纖維和填料起分散作用，避免了過度絮凝現(xiàn)象13。4.5.2 增強(qiáng)劑兩性淀粉在許多特定條件下表現(xiàn)比陽離子淀粉更好的干部增強(qiáng)性能。增強(qiáng)效果主要表現(xiàn)為變性淀粉上的陽離子與紙纖維上的陰離子間的靜電吸引。高取代度陽離子淀粉內(nèi)部存在靜電排斥，而兩性淀粉不存在這種排斥，所以在較低電導(dǎo)率漿料中兩性淀粉表現(xiàn)除比陽離子更好的增強(qiáng)性14 15。5.結(jié)束語 經(jīng)過十多年的努力, 我國(guó)的變性淀粉從無到有, 從小到大, 從少到多已進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期, 紙用變性淀粉研究也已從普通型向適合我國(guó)造紙國(guó)情的專用型、增效型發(fā)展。我國(guó)造紙工業(yè)產(chǎn)量已居世界第三位,但變性淀粉的應(yīng)用尚處于世界的低水平?；げ吭旒埢瘜W(xué)品技術(shù)開發(fā)中心一直致力于紙用變性淀粉的研究工作,目前已成立專門的開發(fā)機(jī)構(gòu): 紙用變性淀粉技術(shù)開發(fā)中心。相繼承擔(dān)了國(guó)家、部、省市近10 個(gè)科研開發(fā)項(xiàng)目, 已開發(fā)了30 多個(gè)紙用變性淀粉產(chǎn)品。尤其是近年來,已逐步完成從普通型向?qū)Ｓ眯秃驮鲂娃D(zhuǎn)變。在生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)研究方面已完成有關(guān)專著, 近期將由輕工業(yè)出版社出版。同時(shí),1998 年初已在杭州化工研究所建成5000t / a 特殊變性淀粉生產(chǎn)基地。目前正在杭州國(guó)家開發(fā)區(qū)下沙建設(shè)年產(chǎn)2 萬t 變性淀粉專業(yè)廠。 參考文獻(xiàn)1劉春浦.淀粉和變性淀粉.商業(yè)部科技情報(bào)研究所,19852 尹平.變性淀粉及其應(yīng)用.熱帶農(nóng)業(yè)工程，2000，9123 陳敬譯.淀粉轉(zhuǎn)化工藝.中國(guó)淀粉工業(yè)協(xié)會(huì),19934 冀玲芳，謝來蘇.造紙用變性淀粉.湖北造紙，2000，13155 王淑梅，楊益毅.造紙工業(yè)中的變性淀粉.化工時(shí)刊，2005，19（12），57606張燕萍. 變性淀粉制造與應(yīng)用. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001 ,791837 安俊健.李新平.變性淀粉的發(fā)展及在造紙中的應(yīng)用.西南造紙，2005，34(2),25288 張友松,胡克詳. 我國(guó)變性淀粉生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展方向J.精細(xì)與專用化學(xué)品,2003,18,359 鄧麗萍，姚獻(xiàn)平.造紙淀粉的幾種典型應(yīng)用技術(shù).造紙化學(xué)品，1997，9（3），111410 冷小梅，丁章鈞.造紙化學(xué)品.江蘇化工，2000，26（3），454711 鄧麗萍，姚獻(xiàn)平.紙用變性淀粉的新發(fā)展.國(guó)際造紙，2000，18（24），4612 侯漢學(xué)，董海洲，劉傳富，汪健民.我國(guó)淀粉的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).糧食宇飼料工業(yè)，2001，2：444713 黃少斌，張居光，詹懷宇.兩性或多元變性淀粉在造紙中的特殊應(yīng)用.造紙科學(xué)與技術(shù)，2003，22（2）,101314 陳夫山，謝來蘇等.兩性淀粉在中性抄紙中的應(yīng)用.中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，1999，14：788115