变性淀粉是19世纪末出现的,至今已有100多年的历史,而真正高速发展是近30年间目前世界上的淀粉产量已达2000多万t,直接以淀粉为原料或对淀粉进行变性处理所得的产品已有2000多种,广泛应用于造纸、食品、纺织、医药、油田、铸造、农业、石油化工等行业,其中造纸工业用量最大,如表1[1]。

　　据报道,美国每年工业用变性淀粉达200多万t,其中造纸用量约130多万t;欧洲年用量约90多万t,日本约30万t;泰国1994年淀粉和变性淀粉产量约190多万t,出口15万t,目前已成为世界上最大的木薯淀粉及其衍生物的生产国之一。

　　我国淀粉及其深加工起步较晚,技术装备比较落后,直到80年代中期才有较快发展,表2为我国淀粉和变性淀粉的发展情况。其中玉米淀粉产量最大,占80.9%,其次是木薯淀粉占14.0%。从表2中可以看出,变性淀粉占比例很低,因而大力发展我国的变性淀粉是非常必要的。

　　变性淀粉是最重要的造纸化学添加剂,主要用于湿部添加、层间喷淋、表面施胶、涂布粘合,其用量占造纸精细化学品总量的80%~90%,在造纸原料中居造纸纤维、填料后的第三位。发达国家变性淀粉的用量已占纸和纸板产量的2%以上。主要品种有氧化淀粉、磷酸酯淀粉、羟烷基淀粉和阳离子淀粉等系列,而用于湿部的主要是阳子淀粉和磷酸酯淀粉。近年来在阳离子淀粉基础上又新发展了复合变性的两性淀粉和阳离子接枝淀粉,性淀粉兼有阳离子淀粉和阴离子淀粉的特性,阳离子接枝淀粉既具有淀粉的性质又具有聚合物的性质,因而开发应用这些新产品,具有广阔的前景。本文通过实验比较了两性淀粉、阳离子接枝淀粉和阳离子淀粉对漂白麦草浆填料留着率的作用。

　　1 试验过程与分析方法

　　1.1 淀粉的糊化:称取5g淀粉(绝干)溶于100mL水中,倒入四口瓶,开动搅拌,用恒温水浴升温至85~90e,保温15~20min,加温水400mL继续搅拌2min,倒入细口瓶中备用。

　　1.2 实验过程:在标准纤维疏解机(瑞典产)内把纸浆按2%的浓度疏解(4000转),依次加入
018%的分散松香胶、2%的硫酸铝、25%的滑石粉(每加一种搅1000转),在抄片成形前加入变性淀粉,然后在FRANK抄片器(德国产)抄片干燥成纸片。

　　1.3 纸片物理性质和灰分按5造纸工业测试方法标准汇编6(1990)所规定的要求测定。

　　1.4 填料留着率的测定

　　1.4.1 纤维灰分C按GB742)79测定。

　　1.4.2 纸料灰分B将被测纸料用定量滤纸过滤后或直接在105e烘箱中烘干至恒重,按TAPPI标准T4130m)80测定(900e)。

　　1.4.3 滑石粉灼烧减量D、纸页灰分A的测定方法与纸料灰分的测定方法相同。

　　1.4.4 填料留着率的计算[2]如下式:

　　2 结果与讨论

　　2.1 几种变性淀粉助留性能的比较

　　阳离子淀粉由于自身带有阳电荷,能直接与带负电纤维发生电荷中和吸附作用,因而具有助留、助滤和增强作用,得到了广泛应用,并一直在湿部添加剂中占主导地位,作为湿部添加剂效果令人满意。但造纸工业不断发展出现的新情况,使人们感到阳离子淀粉还未达到尽善尽美的境地,主要表现在以下几个方面[3]:

　　(1)在盐含量高的系统中,阳离子淀粉的使用效果受到很大影响,有时甚至不起作用。由于环保的要求,许多造纸厂,为减少废水排放,往往采用部分废水和全部纸机白水闭路循环使用的方法,这样盐含量积累很快,阳离子淀粉的效果就会受到很大影响。

　　(2)为了更进一步提高纸页强度,往往想增加阳离子淀粉的用量,但由于其加入量有一定的限制,加入过多,会造成过阳离子体系,使纸机操作困难,填料留着率下降,效果反而降低。

　　(3)在酸性抄纸中,由于硫酸铝用量较高,也影响其使用效果。

　　(4)另外,纸浆本身(尤其是脱墨浆)带有的以及在配料中带入的某些离子性/杂质0,也会在不同程度上影响其应用。为克服阳离子淀粉的以上缺点,近年来在阳离子淀粉基础上新发展了复合变性的两性淀粉。两性淀粉以电化学的角度解决上述问题,其独特的作用原理如下:

　　(1)两性淀粉的阴离子基团有助于清除干扰淀粉对纤维吸附的体系中的阳离子。

　　(2)两性淀粉的阴离子基团能对阳离子基团起保护作用,电性排斥那些在体系中存在的高活性/杂阴离子0,从而使淀粉中的阳离子基团不会发生过早的反应或被中和。

　　(3)纤维通常带负电,因而易于吸附阳离子淀粉,但也易于吸附其它带正电的物质,这样就削弱了对阳离子淀粉的吸附,而两性淀粉中的阴离子基团能优先吸附体系中的阳离子。

　　(4)两性淀粉电荷基本平衡,那些未被留着的淀粉随白水排除后,再循环使用时,不会失去电荷平衡,从而可保证纸机良好的运转状态。

　　(5)在中性或碱性抄纸中,离子电荷的平衡敏感度较大,即体系较容易出现过阳离子化,这就会造成湿部失控,而使用两性淀粉可以使体系得到控制。因而两性淀粉比阳离子淀粉更能有效地提高纸页的强度、填料留着率和纸机的滤水,从而可提高纸机车速,大大减轻白水处理负荷。选用几种不同取代度的变性淀粉,研究它们对漂白麦草浆助留作用及其纸张性能的影响,结果见表3。

　　从表3中可以看出,在抄纸pH值为610时,加入变性淀粉后,纸页的灰分和填料留着都有不同程度的提高,尤其以自制的两性淀粉LS2L222和阳离子接枝淀粉提高最多。两性淀粉LS2L222主要以阳离子为主,带少部分阴离子基团,以抵消纸料中的阴离子杂质,其助留效果比阳离子淀粉要好,用量为1%时填料留着率提高23.8个百分点。阳离子接枝淀粉CGS是淀粉与丙烯酰胺接枝共聚后再经胺甲基化而得,因其链长、胺化度高,助留效果也较好用量为0.05%时填料留着率提高22.6个百分点,但强度下降较大。阳离子淀粉提高填料留着率是9.3~14.2个百分点,以自制阳离子淀粉取代度最高,填料留着率提高最高达14.2个百分点,而且强度影响较小。表3中纸页的定量变化较大,主要是由于加入变性淀粉后,填料留着率和浆料中的细小组分留着率提高所致,因而用于工业生产中会大大地节约浆耗,降低生产成本。但由于纸页定量的提高使裂断长受到影响,若降低定量,加入变性淀粉纸样的裂断长比表中的数值会有所提高。

　　2.2 不同用量的阳离子淀粉和两性淀粉助留作用的比较

　　从图1中可以看出,变性淀粉在用量2.0以下,两性淀粉比阳离子淀粉(取代度为0.04具有更好的助留作用,而且都随着其用量的增加,填料留着率增加。

　　3 结 论

　　3.1 添加变性淀粉后,纸页的灰分和填料留着率都有不同程度的提高,尤其以自制的两性淀粉LS2L222和阳离子接枝淀粉提高最多。两性淀粉用量为1%时填料留着率提高23.8个百分点。阳离子接枝淀粉CGS助留效果也较好,用量为0.05%时填料留着率提高22.6个百分点,但强度下降较大。阳离子淀粉提高填料留着率为9.3~14.2个百分点,以自制阳离子淀粉取代度最高,填料留着率提高最高达14.2个百分点,而且强度影响较小。

　　3.2 在用量2.0%以下,两性淀粉比阳离子淀粉(取代度为0.04)具有更好的助留作用,随着两性淀粉、阳离子淀粉用量的增加,填料留着率增加,两性淀粉效果更佳。

 
 
 
作者：陈夫山