变性淀粉在造纸中的应用--2016年4月

1、变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用刘体霞刘体霞 2016年年4月月1变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 由于我国木材资源匮乏，加之激烈的市场竞争，造纸生产大量使用非木材类纤维和废纸类纤维，导致的结果是成纸强度差，无法满足市场要求。作为造纸工业中最重要的原料之一淀粉；按重量比，它是除水份、纤维素、无机填料外的第四大组分；天然淀粉也称为原淀粉，由于其本身性能因素满足不了造纸生产工艺的需要，表现为糊化粘度高，糊化温度也较高，糊液易老化，吸附性、留着性、成膜性不佳，必须将其采用化学、物理、生物等方法来改变其固有性质，以满足造纸过程的需要，这种改变了原有性质的淀粉称作为变性淀粉（或改

2、性淀粉）。 变性淀粉具有改善成纸性能、高性价比、适应纸张轻量化、印刷高速化且可再生等特点被广泛地应用在造纸生产过程中。并且淀粉是一种生物可降解并且支持环保的多聚物，由于价格比较低，作为功能与工艺添加物时，对造纸工业有许多好处，它可改善干强度，滞留性，疏水性，施胶性，成形性，减少灰尘，改进拉伸性与印刷性能。淀粉在自然界中分布很广，是高等植物中常见的组分，化学分子式（C6H10O5)n；由葡萄糖组成的多糖，是可再生的天然高分子化合物；淀粉组成可以分为两类，直链淀粉与支链淀粉；淀粉中直链、支链淀粉之比一般约为15-28%比72-85%，其比例视植物种类、品种、生长时期的不同而异。变性淀粉在造纸中的应

3、用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用淀粉结构变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用淀粉的性质 1.淀粉的溶解性：淀粉的溶解性：淀粉颗粒不溶于冷水，但能够溶于一定温度的热水中。 淀粉颗粒的结晶性：淀粉颗粒的结晶性：由于淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，颗粒结构分为结晶区和无定形区域，所以淀粉颗粒具有结晶性，在偏光显微镜下观察呈现偏光十字。 2.淀粉的糊化性：淀粉的糊化性：淀粉颗粒的结晶结构能在有充足水分的条件下达一定温度后被破坏，偏光十字消失，即淀粉发生了糊化，这一温度称为糊化温度。 变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用淀粉糊化的三个阶段淀粉糊化的三个阶

4、段 可逆吸水阶段：水分子只是单纯地进入淀粉颗粒的微晶束的间隙中，与无定形部分的游离羟基结合，颗粒吸收少量水份，体积膨胀较少，颗粒外形不变，内部保持原来的晶体结构； 不可逆吸水阶段：随着温度升高到一定程度，水分子进入颗粒内部，与一部分淀粉分子结合，淀粉颗粒急剧膨胀，氢键断裂，破坏了分子间的缔合状态，破坏了晶体结构，黏度大为增加； 高温阶段：随着温度继续上升，淀粉颗粒增大到数百甚至上千倍，大部分淀粉颗粒逐渐消失，分子间作用力很弱，微晶束解体，变成碎片，体系粘度逐渐升高，最后变成透明或半透明淀粉胶液。 变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用3.淀粉的老化淀粉的老化:淀粉溶液经缓慢冷却或凝胶长期

5、放置变成不透明甚至产生沉淀的物质，行业上把这种现象称作淀粉的“老化”，也叫“回生”。从本质上看，淀粉老化是糊化的淀粉在逐渐冷却的过程中，分子动能降低，相邻分子间致密而高度晶化的淀粉分子微束失去了溶解性。由此可风，老化是糊化的逆转。 淀粉老化变化图变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 淀粉分类淀粉分类 按照淀粉原料不同可分为：玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉与小麦淀粉。 按处理方式不同可分为以下几类：（1）物理变性淀粉：包括预糊化淀粉、油脂变性淀粉、烟熏变性淀粉、挤压变性淀粉、金属离子变性淀粉、超高压辐射变性淀粉。（2）化学变性淀粉：极限糊精、酸变性淀粉、氧化淀粉酯化淀粉、醚化淀粉、交联淀

6、粉、阳离子淀粉、淀粉接枝共聚物等。（3）酶法变性淀粉：抗消化淀粉、糊精等。（4）天然变性淀粉：应用遗传技术和精选技术，培育出具有特殊用途变性淀粉。根据变性反应机理，淀粉变性所得产物可分为淀粉分解产物、淀粉衍生物和交联淀粉三大类。 8变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 按离子性分主要为：阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉三大类； 按其用途分主要为：浆内添加淀粉、表面施胶淀粉、涂布淀粉、喷淋淀粉 四大类； 造纸生产中应用最广泛的是浆内阳离子淀粉和表面氧化施胶淀粉。变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的

7、应用不同淀粉的颗料形态变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用不同淀粉糊化后的拉丝状态变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用不同淀粉的老化性变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用不同淀粉的透明度不同淀粉的透明度变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用不同变性淀粉的性质特点不同变性淀粉的性质特点变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 一、浆内添加一、浆内添加阳离子淀粉阳离子淀粉 阳 离 子 淀 粉 通常是指淀粉在一定条件下与阳离子试剂（常称醚化剂）反应制得的产物，阳离子试剂主要有：叔胺盐类和季胺盐类阳离子试剂。生成的产品种 类 主 要 有：叔 铵 烷 基 淀 粉，季 铵

8、 型烷基淀 粉，伯、仲 烷 基 淀 粉；造 纸 生 产 中 应 用 较 多 的 是 叔 铵 型 和 季 铵 型 阳离 子 淀 粉；由 于 季 铵 型 阳 离 子 淀 粉 在 较 大 的 pH 值 范 围 内 均 呈 阳 离 子 性，比 较 适 用 于 中、碱 性 条 件 下 抄 纸；而 中 性 抄 纸 技 术 优 点 从 国 外 到 国 内 已 被 业 内 广 泛 认 同 和 采 用；因 此 季 铵 型 阳 离 子 淀 粉 目 前 已 成 为 使 用 范 围 最 广，用 量 最 大 的 一 种 阳 离 子 淀 粉。 17变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 阳阳 离离 子子 淀淀 粉粉

9、 指指 标标 有有 水水 分、白分、白 度、度、pH 值、细值、细 度、度、取取 代代 度度 等；在等；在 湿湿 部部 添添 加加 对对 效效 能能 影影 响响 主主 要要 是是 取取 代代 度度 指指 标。标。 什么是取代度？什么是取代度？ 淀粉葡萄糖单元上的的羟基为醚基或酯基取代的产淀粉葡萄糖单元上的的羟基为醚基或酯基取代的产物，平均每个失水葡萄糖单元上被反应试剂取代的羟基数物，平均每个失水葡萄糖单元上被反应试剂取代的羟基数目，称为取代度目，称为取代度 取代度取代度是表示羟基的取代程度和比例，所以，可以是表示羟基的取代程度和比例，所以，可以用取代度来表示淀粉的变性程度。用取代度来表示淀粉的

10、变性程度。 18变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 因为每个葡萄糖单元上只有三个羟基，所以取代度的因为每个葡萄糖单元上只有三个羟基，所以取代度的最大值是最大值是3 。但这只是理论值，如果真做成这个取代度，。但这只是理论值，如果真做成这个取代度，这个东西的性能已经不属于淀粉了这个东西的性能已经不属于淀粉了 现在的变性淀粉，因生产工艺及成本因素，取代度大现在的变性淀粉，因生产工艺及成本因素，取代度大部分在部分在0.01 0.1左右，只有羧甲基淀粉的取代度比较左右，只有羧甲基淀粉的取代度比较高，一般都在高，一般都在0.2以上，经常有以上，经常有1.0的取代度的取代度.19变性淀粉在造纸中的

11、应用变性淀粉在造纸中的应用阳离子淀粉作用机理阳离子淀粉作用机理 阳 离 子 淀 粉 是 在 淀 粉 葡 萄 糖 单 元 2,3,6 位 上 的 活 性 羟 基 被 阳 离 子 基 团（如 季 铵 盐 所 含）取 代，因 此 与 表 面 带 负 电 荷 的 纤 维 具 有 较 强 的 吸 附 力，系 统 中 纤 维间 氢 键 数 量 增 加 ，使 的纤 维 之 间 的 结 合 力 增 强；同 时 它 在 湿 部 系 统 中 与 纤 维 、填 料 和 其 他 添 加 剂 之 间 起 着 离 子 桥 的 作 用，细 小 纤 维 相 对 比 表 面 积 大 可 优 先 吸 附，从 而 提 高 细 小

12、纤 维 和 填 料 的 留 着 率；吸 附 作 用 产 生 的 一 定 强 度 的 絮 团， 从 而 也使 浆 料 叩 解 度 有所 下 降，滤 水 性 能 得 到 一 定 程 度 的 改 善 20变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用阳离子淀粉应用工艺参考：阳离子淀粉应用工艺参考： 制备浓度10-20%(连续式）；5-10%（间隙式） 升温最高125（连续式）、95 （间隙式） 保温时间不少于15min 使用浓度1-2%； 在线计量连续添加； 添加量8-15kg/吨纸； 21变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 22制备添加示意图制备添加示意图静态混合器清水混合罐储存槽料仓压缩

13、空气两段连蒸器中间槽清水螺旋计量至抄前池变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用阳离子淀粉在生产的的加入点阳离子淀粉在生产的的加入点23阳离子淀粉压力筛流浆箱PAMPolyflex冲浆泵变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 。24阳离子淀粉功能特点阳离子淀粉功能特点 改 善 纤 维 间 结 合 力，提 高 成 纸 强 度； 提 高 湿 部 保 留，减 少 浆 耗，降 低 污 水 SS、BOD； 吸 附 系 统 阴 离 子 垃 圾，平 衡 系 统 电 荷 降 低 PCD； 自 身 保 留 率 为 90-95%，提 高 成 纸 灰 份 节 约 成 本； 淀 粉 聚 合 度 低 ，添 加

14、 量 大 小 不 影 响 成 纸 匀 度； 通 常，取 代 度 0.020-0.025 增 强 为 主，保 留 为 辅 ；取 代 度 大 于 0.025 保 留 作 用 愈 加 明 显；另 外 添 加 点 靠 前 增 强 效 果 为 主，靠 后 保 留 效 果 为 主。 变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 表面施胶氧化淀粉 用 于 造 纸 表 面 施 胶 的 淀 粉 主 要 有：氧 化 淀 粉、酸 化 淀粉、酶 转 化 淀 粉。 氧化淀粉制造时，多数是在淀粉厂用天然淀粉与次氯酸钠（NaClO4）反应制成的。次氯酸钠氧化剂将淀粉分子撕裂成短分子链，使得其糊化粘度降低。氧化淀粉生产时，如

15、果PH过高，部分淀粉分子中的羟基会被氧化，生成羧基。这些羧基可以改进淀粉糊化时粘度稳定性。用途不同时，例如用于压力施胶、涂布或压光时，氧化淀粉的粘度可以制成不同的粘度。造纸工艺表面处理时，氧化淀粉是淀粉制造商能提供的成本最低、最常用的变性淀粉。变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用氧化淀粉氧化淀粉指标指标 表 面 施 胶 氧化淀 粉 的 指 标 通 常 为：水 分、白 度、细 度、斑 点、pH 值、粘 度 等；对 于 施 胶 过 程 来 讲 粘 度 指 标 的 大 小 及稳 定 性 尤 为 重 要；变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用表面施胶淀粉表面施胶淀粉作用机理：作用机理：

16、表 面 施 胶 通 常 采 用 具 有 疏 水 基 和 对 纤 维 有 亲 和 性 的 亲 水 基 构 成 的 施 胶 剂 与 经 生 物 酶 转 化 后 的 淀 粉 按 适 当 比 例（通 常 为 1:10-20）配 伍 ，淀 粉 作 为 施 胶 载 体 ，均 匀 地 涂 覆 于 纸 或 纸 板 表 面，经 干 燥 后 在 纸 或 纸 板 表 面 形 成 一 层 柔 性 胶 膜，使 纸 张 表 面 性 能 得以 改 善。27变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用28表面施胶淀粉制备示意图表面施胶淀粉制备示意图静态混合器荧光增白剂 清水混合罐储存槽料仓压缩空气两段连蒸器中间槽清水生物酶螺

17、旋计量至上料槽变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用表面施胶系统表面施胶系统29水力碎浆机立筛顶辊施胶底辊施胶3#阀1#阀2#阀施胶装置上料槽回流管变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用施胶示意图施胶示意图变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用 氧化淀粉的功能特点氧化淀粉的功能特点 成 本 低，流 失 少，回 抄 对 湿 部 系 统 电 荷 影 响 小； 改 善 纸 或 纸 板 表 面 性 能：如 表 面 强 度、抗 水 性、两 面 差、平 滑 度、印 刷 性 能 等； 施 胶 留 着 率 接 近 100%，使 用 效 率 高，减 少 浆 耗； 提 高 纸 和 纸 板 物 理 强 度，由 于 表 面 施 胶 淀 粉 分 子 链 被 适 度 切 断，更 易 糊 化，涂 覆 过 程 中 增 加 了 对 水 的 亲 和 作 用，容 易 渗 透 进 入 纸 页 内 部，提 高 纸 张 内 部 纤 维 间 的 结 合 强 度； 与 其 他 化 学 助 剂 相 容 性 较 好；变性淀粉在造纸中的应用变性淀粉在造纸中的应用淀粉制备主要事项淀粉制备主要事项 淀 粉 储 存 环 境 必 须 保 持 干 燥； 淀 粉 加 入 溶 解 槽 后 须 分 散 均 匀； 纸 机 开 机 过 程 储 槽 搅 拌 器 保 持 常 开