高性能表面施膠淀粉的開發及其在雙膠紙生產中的應用

張鵬，胡居吾，孫復錢，熊偉

（江西省科學院應用化學研究所，江西南昌 330096）

高性能表面施膠淀粉的開發及其在雙膠紙生產中的應用

張鵬*，胡居吾，孫復錢，熊偉

（江西省科學院應用化學研究所，江西南昌 330096）

本文自制表面施膠用氧化陽離子淀粉，并與氧化淀粉進行了雙膠紙生產中表面施膠效果的比對。結果表明，自制表面施膠淀粉的添加可有效提高成紙的表面強度及耐水性等性能，與氧化淀粉相比優勢明顯。

表面施膠淀粉；雙膠紙；耐水性；表面強度

改性淀粉是造紙行業表面施膠用量最大的化學品，隨著印刷技術和相關用紙行業的不斷發展, 人們對紙張性能尤其是表面性能提出了更高的要求, 而造紙原料結構與此同時也發生了較大變化, 如廢紙回用率的提高, 高得率漿、草漿的應用和高填料量的使用等, 導致了紙張性能惡化。過去常用的普通氧化淀粉、陽離子淀粉已漸漸不能滿足生產需求，為此，開發新型表面施膠劑成為改善紙張性能和生產高附加值紙種的有效方法[1,2]。

雙膠紙作為一種被廣泛應用的印刷用紙，為了獲得較好的印刷適應性以及較高的印刷表面強度，在生產過程中一般都需進行表面施膠處理[3]。

本研究采用木薯淀粉為原料，采先氧化、再醚化復合反應，實現低粘度化和陽離子化同時進行，得到了自制的高性能表面施膠淀粉，應用于雙膠紙生產試驗，取得了良好的效果。

1 實驗部分

1.1 原料和設備

木薯淀粉、氧化劑次氯酸鈉、醚化劑3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨、氫氧化鈉、氧化淀粉均為市售工業級。

KDN-04C型凱氏定氮儀； YQ-Z-48B型白度儀；PHS-2C酸度計；NDJ-1型旋轉粘度計。

1.2 高性能表面施膠淀粉制備原理

先采用次氯酸鈉作為氧化劑氧化木薯淀粉，羥基被氧化成羰基和羧基，導致分子降解，淀粉經氧化后，最重要的性質變化在于糊化容易，糊化溫度降低，粘度也大降低，穩定性高，凝沉性弱，流動性高，透明度高，膠粘力強，成膜性好[4,5]。而陽離子淀粉用于表面施膠，因為其表面帶有正電荷，對纖維的化學親和力強，淀粉膠液的滲透速度較慢[6,7]，將氧化與陽離子化相結合，制備的氧化陽離子表面施膠淀粉，可消除陽離子淀粉粘度高、流動性差給紙張生產過程中帶來的不利影響，以滿足高濃度蒸煮糊化和高濃度表面施膠的需要。

1.3 制備工藝

由木薯淀粉制備高性能表面施膠工藝流程，如圖1所示。

圖1 木薯淀粉制備高性能表面施膠工藝流程

將市售工業級木薯淀粉和少量氫氧化鈉投入反應釜中，抽取真空并加溫至110℃，混合0.5h后，加入氧化劑次氯酸鈉氧化反應1h，氧化劑用量為木薯淀粉的4.5%~5%，再投入陽離子醚化劑3-氯-2-羥丙基-三甲基氯化銨進行醚化復合反應，醚化劑為木薯淀粉的3.5%~4%，醚化復合反應時間3h，降溫得到自制的高性能氧化陽離子表面施膠淀粉。

1.4 性能指標

如上所述，制備的氧化陽離子淀粉的性能指標如表1所示：

表1 氧化陽離子淀粉的性能指標

2 淀粉在雙膠紙生產中的應用

為了驗證施膠淀粉的使用效果，對其進行了生產試驗，生產試驗中的相關工藝參數如下：

雙膠紙定量：80g·m-2；原漿為進口針葉木漂白漿加自制草漿；其中淀粉糊化的工藝參數有：糊化濃度為10%；糊化溫度為90℃；糊化時間為15min。

將其與市售國產氧化淀粉施膠機進行性能對比，成紙性能指標按國家相關標準進行檢測，試驗數據見表2。

表2 不同表面施膠劑對雙膠紙的施膠試驗結果

通過對生產試驗得到的試驗數據進行比較可知，自制表面施膠淀粉因其帶有正電荷，可以與帶有負電荷纖維的表面密切結合滲入纖維間隙，並在表面形成疏水層覆膜。該表面施膠劑的使用相較氧化淀粉來說，大幅提高了成紙的耐水性、表面強度、裂斷長，改善紙張的印刷適性，減少漿料和白水系統的陰離子垃圾，且保存了氧化淀粉粘度低、穩定性好的優點，可較好地滿足雙膠紙的生產要求。

3 結論

以木薯淀粉為原料，采用氧化醚化復合反應，在堿的催化作用下使用真空干法得到高性能氧化陽離子表面施膠淀粉。

與氧化淀粉的應用對比試驗發現，自制氧化陽離子施膠淀粉施膠后紙張的表面強度、平滑度、耐水性等得到較大提高，施膠效果良好，符合雙膠紙生產中對其表面施膠的要求。

[1] 張俊苗,付永山,邱春麗,等.造紙用聚合物表面施膠劑的研究進展[J].紙和造紙,2015,34(8):71-74.

[2] 張力田.變性淀粉（第二版）[M].廣州:華南理工大學出版社,1999.

[3] 王晶晶,趙傳山,崔建同.雙膠紙表面施膠劑的應用研究[J].造紙化學品,2009,(21):35-38.

[4] 王麗萍,李祥,師春蘭.超聲處理對氧化淀粉性質的影響[J].紙和造紙,2015,34(9):63-66.

[5] 應廣東,王少光,王峰,等.合成表面施膠劑在雙膠紙中的應用[J].中華紙業,2008,(12):80-82.

[6] 韋愛芬,韋敏莉,曾艷紅.高濃低黏高穩定性陽離子表面施膠淀粉的研制[J].中華紙業,2009,30(20):66-69.

[7] 危志斌,張瑞杰.陽離子淀粉在造紙工業的主要用途及其重要作用[J].造紙化學品,2012,24(4):28-33.

The Development of High Efficient Surface Sizing Starch and Its Application in Offset Paper

Zhang Peng, Hu Ju-wu,Sun Fu-qian, Xiong Wei
(Institute of Applied Chemistry, Jiangxi Academy of Sciences, Nanchang, Jiangxi Province, 330096）

The synthesis method of self-made oxidized-cationic surface sizing starch was introduced in this paper,and comparisons of offset paper sizing effect were made between self-made surface sizing starch and the market oxidized starch in paper machine.The results indicated that self-made surface sizing starch improved surface strength and water resistance of paper.Compared with the market oxidized starch,self-made surface sizing starch has evident advantages.

Surface sizing starch；Offset paper；Surface strength；Water resistance

TS727.2

A

2096-0387（2016）02-0029-02

項目資助:國家自然科學基金項目（項目編號：31260400）

張鵬（1984-）女，碩士，助理研究員，研究方向：高分子材料。