變性淀粉在造紙行業(yè)的應用發(fā)展及展望

變性淀粉在造紙行業(yè)的應用發(fā)展及展望（珠海華成生物科技有限公司，珠海市519060）摘要作者根據(jù)變性淀粉在我國的發(fā)展歷程及在造紙行業(yè)二十多年的應用發(fā)展變化及對造紙質(zhì)量的影響，結(jié)合在造紙和變性淀粉的生產(chǎn)實踐中的體會，提出了一些觀點，并對變性淀粉的發(fā)展進行了展望。關(guān)鍵詞變性淀粉;造紙;應用變化ABSTRACTBasedonthecourseofdevelopmentofmodifiedstarchinourcountryand20yearsofitsapplicationinpaper-makingindustryandtheimpactonthequalityofthepaper,combinedwithhispracticeinpapermakingandtheproductionofmodifiedstarch,theauthorputsforwardhisviewpointsandgivesaprospectonmodifiedstarchfuturedevelopment.KEYWORDSmodifiedstarch;papermaking;applicationchange我國自改革開放以來，變性淀粉的發(fā)展和應用始終是在其下游應用產(chǎn)品的發(fā)展帶動下進行的，造紙行業(yè)應用變性淀粉產(chǎn)品生產(chǎn)工藝方式的變化就是一個縮影。1變性淀粉在我國造紙行業(yè)中的發(fā)展變化我國變性淀粉的發(fā)展歷史是從上世紀八十年代初期開始的，那時，無論是變性淀粉的加工方式還是變性淀粉的應用領(lǐng)域、應用方法都處于初步認識階段。經(jīng)過二十多年改革開放的發(fā)展，各個行業(yè)發(fā)展迅猛，特別是造紙行業(yè)的發(fā)展速度更是驚人，無論是造紙產(chǎn)品的數(shù)量還是質(zhì)量上的發(fā)展都是巨大的。上世紀八十年代末期，紙及紙制品的產(chǎn)量僅為1,280萬t，而到了2012年紙及紙制品的產(chǎn)量突破了10,000萬t，造紙變性淀粉的使用量也由上世紀八十年代末的二十幾萬噸發(fā)展到了現(xiàn)在的200萬t以上，詳見表1。表1紙及紙板產(chǎn)量以及造紙變性淀粉用量的變化1989年1995年2012年紙及紙板產(chǎn)量（萬t）1,2802,80011,375.33造紙變性淀粉用量（萬t）25.656227.5而紙種的變化也由原來少量的低擋紙制品（紙袋牛皮紙、箱板紙、普通新聞紙、書刊紙等）發(fā)展到今天的高檔白卡紙、高檔銅版紙、無碳復寫紙、高檔灰底白板紙、膠印新聞紙等。因此，紙及紙制品數(shù)量和質(zhì)量的變化就帶動了變性淀粉的數(shù)量和品種、質(zhì)量的巨大需求變化。2造紙用變性淀粉的變化2.1表面施膠用變性淀粉的變化表面施膠的目的是提高紙及紙板的表面強度和抗?jié)B透性。在造紙行業(yè)中應用表面施膠淀粉的紙種較多，如涂布白板紙、灰底白板紙、銅版紙、雙膠書刊紙、?？ㄏ浒寮埖?。表面施膠用變性淀粉的變化有以下幾個方面：⑴生產(chǎn)方式的變化：這種變化主要表現(xiàn)在最初的變性淀粉廠生產(chǎn)成品的表面施膠淀粉運到造紙廠后投料施膠變?yōu)楝F(xiàn)今的在部分造紙廠現(xiàn)場連續(xù)制作，生產(chǎn)、蒸煮一體化進行。⑵表面施膠淀粉種類的變化：自上世紀八十年代初，表面施膠淀粉主要是次氯酸鈉氧化淀粉，約占市場銷售量的90%，其余為陽離子表面施膠和復合表面施膠淀粉。進入2000年以后，有一些紙廠開始在現(xiàn)場使用：過硫酸銨氧化法間歇生產(chǎn)表面施膠淀粉工藝如下：投料一加過硫酸銨一升溫一測粘度一儲存罐一上機施膠。此法的優(yōu)點是：一次性投資少、生產(chǎn)成本低;反應、糊化一次性完成;操作簡單、容易。不足之處是糊化后的淀粉粘度變化容易受攪拌速度及攪拌時間的影響，造成粘度快速下降，這就給紙機施膠操作和紙品質(zhì)量帶來很大波動，有時還會造成次品［1］?，F(xiàn)場過硫酸銨氧化法制表面施膠應注意的幾個方面：a過硫酸銨的用量要隨著原粉品種、品牌變化而調(diào)整。b以木薯粉為原料時要注意木薯淀粉中“纖維”含量對過硫酸銨的影響。c以木薯淀粉為原料時一定要選用新鮮木薯加工的淀粉，盡量不采用烘干木薯片加工的淀粉。這是因為烘干木薯片在烘干時極易產(chǎn)生局部糊化顆粒，這種顆粒蒸煮時分散不開，在紙品表面形成“凸痕”，不過，這種“凸痕”肉眼是看不清楚的，只有在紙品印刷時才能發(fā)現(xiàn)“凸痕”處上色不均，或者在高倍顯微鏡下觀察可以看清楚。d選用玉米粉為原料時不要采用機械烘干玉米粉，因為烘干的玉米粉極易產(chǎn)生局部糊化顆粒，其結(jié)果和烘干木薯片生產(chǎn)的淀粉是一樣的。e玉米粉較木薯粉的蛋白含量高，現(xiàn)場蒸煮時易產(chǎn)生大量泡沫，一定要注意加消泡劑?，F(xiàn)場連續(xù)酶法降解糊化生產(chǎn)工藝，其工藝如下：酶制劑!淀粉配料罐一一級噴射器一轉(zhuǎn)化儲存器!產(chǎn)品儲存閃蒸器一二級存留一二級噴射器采用酶法連續(xù)降解糊化法的優(yōu)點是：淀粉粘度的降解、蒸煮、糊化一次性完成;這種方法產(chǎn)量大能滿足大型紙機的高速化、連續(xù)化生產(chǎn)、制膠成本低、質(zhì)量穩(wěn)定;可控性強，操作穩(wěn)定。現(xiàn)場連續(xù)酶法降解糊化生產(chǎn)注意事項如下：a在實際生產(chǎn)過程中“酶”的選擇非常關(guān)鍵，應遵循的原則是盡量用“中溫酶”，其活性不要太高，一般在4千單位/g，活性過高加入量不易控制；“酶”對淀粉乳液的pH值非常敏感，pH>9、pH<4都會使“酶”失活，因此生產(chǎn)過程中監(jiān)控淀粉乳的pH非常關(guān)鍵。b選擇淀粉原料注意以下問題：以木薯粉為原料時不要選擇“纖維”含量高的淀粉；以玉米粉為原料時不要選擇“蛋白質(zhì)”含量高的淀粉。c在更換淀粉原料“品牌”時要注意隨時調(diào)整“酶”的用量等參數(shù)，否則會使“粘度”變化較大，給紙機“施膠”造成不利因素。表面施膠淀粉的變化詳見表2。表2表面施膠淀粉的變化變化內(nèi)容2000年前2000年后表面施膠淀粉生產(chǎn)方式變化表面施膠淀粉品種變化所有紙廠，都是購入變性淀粉成品現(xiàn)場蒸煮后再上機使用。大部分紙廠使用次氯酸鈉氧化淀粉做表面施膠。部分紙廠購入原淀粉后現(xiàn)場反應、蒸煮一體化進行。部分紙廠采用過硫酸胺或酶法現(xiàn)場制作表面施膠淀粉。2.2噴淋用變性淀粉的變化層間噴淋的目的就是通過糊化的淀粉將板紙的芯層與底層或芯層與面層粘結(jié)到一起，從而提高層間結(jié)合強度的作用。一般情況下，白板紙、灰底白板紙、?？ㄏ浒寮埦枰獙娱g噴淋淀粉。層間噴淋用變性淀粉的變化主要表現(xiàn)在淀粉種類的變化，上世紀八十年代初期造紙廠選用噴淋淀粉都用木薯氧化淀粉、木薯酯化淀粉等變性淀粉，后來逐漸發(fā)現(xiàn)質(zhì)量好的木薯原粉也可以代替木薯氧化淀粉、木薯酯化淀粉做噴淋用，而且，紙品的層間結(jié)合強度也不差，特別是2002年以來，一些紙廠根據(jù)紙種和紙機的不同，有選擇地使用玉米原粉做層間噴淋淀粉。噴淋淀粉的這種應用變化主要是紙廠在考慮不影響紙品層間結(jié)合強度的情況下最大限度地降低生產(chǎn)成本。可是，不論紙廠提出何種要求，作為變性淀粉的技術(shù)人員都要為紙廠噴淋淀粉的應用提供最有力的技術(shù)支持。因此，無論是選擇木薯原粉還是選擇玉米原粉都要注意以下幾個方面的問題：a選用木薯原粉做噴淋淀粉時一定要選用初始糊化溫度低、纖維少、灰分低、的產(chǎn)品。選用木薯原粉做噴淋淀粉時一定要選用初始糊化溫度低、纖維少、灰分低的產(chǎn)品。b選用玉米淀粉做噴淋淀粉時一定要選用蛋白質(zhì)低，初始糊化溫度較低，這兩個方面紙廠技術(shù)人員一定要考慮對紙機速度、烘缸溫度曲線進行調(diào)節(jié)以達到層間結(jié)合強度最佳。c紙廠對噴淋淀粉的配制、儲存系統(tǒng)要定期清洗以免雜質(zhì)積累堵網(wǎng)和噴嘴，造成不必要的停機。噴淋淀粉的變化可歸納為：木薯變性淀粉一木薯原粉一玉米原粉。2.3造紙濕部添加用變性淀粉的變化濕部添加的目的主要是在其他化學品和不同類型陽離子淀粉共同作用下提高紙品的強度或改進紙品的其他性能。大部分紙種均需在濕部添加陽離子淀粉，只是隨著技術(shù)的進步，我國造紙濕部技術(shù)由原來的酸性施膠（一般在漿池添加陽離子淀粉后再用硫酸鋁調(diào)pH值），變?yōu)楝F(xiàn)在的烷基烯酮二聚體（AKD）或鏈烯基琥珀酸酐（ASA）中性施膠，此時使用的陽離子淀粉一般作為乳化劑使用，但是AKD和ASA使用的陽離子淀粉大不相同，ASA使用的是酸化陽離子淀粉，而AKD使用的是不需酸化的陽離子淀粉［2］。2.4涂布用變性淀粉的變化涂布的目的是為了改進紙的印刷性能，特別是改進紙表面對油墨的吸收性并改進印刷面光澤。在造紙行業(yè)，能夠用變性淀粉進行涂布的紙種都是比較高檔的紙種，這些紙種包括白卡紙、銅版紙、無碳復寫紙等。造紙行業(yè)和變性淀粉經(jīng)過幾十年的發(fā)展，涂布用變性淀粉也在發(fā)生巨大變化，從最初使用的酸化淀粉、氧化淀粉、變?yōu)楝F(xiàn)在的復合變性淀粉或三次變性淀粉。2.5紙箱粘合劑用淀粉的變化在紙箱粘合劑的變化主要體現(xiàn)在以下2個方面：應用工藝上的變化：工藝上的變化表現(xiàn)為由初期的兩步人工制膠向自動制膠機轉(zhuǎn)變，這是因為人工制膠操作易受攪拌開、停時間不同等操作影響造成膠液的“粘度”變化較大影響其使用。制膠用原料的變化：原來紙箱粘合劑使用的淀粉原料都是原淀粉（包括玉米粉和木薯淀粉），而近一階段出現(xiàn)了使用變性淀粉作原料，這樣的好處是紙品單位消耗的膠量少了，成本又不增加，且干燥費用降低了。3展望未來從以上幾個方面可以看出，變性淀粉在造紙行業(yè)的應用無論怎樣變化主要是提高以下幾個方面的性能：紙制品的表面強度、層間結(jié)合強度、裂斷強度、耐折度、抗水性、較好的印刷性、耐壓性能等。由于近年來全球森林資源的減少，原木漿可用量也在減少，這就導致了造紙行業(yè)使用的回收廢紙漿數(shù)量越來越大，從而導致至造紙業(yè)對化學品，主要是變性淀粉的性能期望越來越高，這就使得造紙用變性淀粉的生產(chǎn)工藝或淀粉原料的種植有一次突破性的革命，也許在不久的將來，由于高效引發(fā)劑的誕生（效率達到90%以上）。淀粉和聚乙烯醇、丙烯酰胺、丙烯晴等化學品的接枝率達到了極高的情況下，使得造紙中的化學品（如:羧甲基纖維素、聚乙烯醇、膠乳等）被廉價的高性能接枝淀粉100%代替。到那時既降低了造紙產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，又降低了羧甲基纖維素、聚乙烯醇、膠乳等產(chǎn)品生產(chǎn)時對環(huán)境造成的破壞。另一方面，隨著基因生物技術(shù)的提高，未來玉米、木薯、馬鈴薯等淀粉原料的種子一旦獲得技術(shù)突破就能種植出直接用于表面施膠的低粘度淀粉或者種植出帶有電荷的淀粉［3］。當然，這些都是變性淀粉生產(chǎn)技術(shù)工作者的期