變性淀粉在造紙中的應(yīng)用--2016年4月

1、變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用劉體霞劉體霞 2016年年4月月1變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 由于我國木材資源匱乏，加之激烈的市場競爭，造紙生產(chǎn)大量使用非木材類纖維和廢紙類纖維，導致的結(jié)果是成紙強度差，無法滿足市場要求。作為造紙工業(yè)中最重要的原料之一淀粉；按重量比，它是除水份、纖維素、無機填料外的第四大組分；天然淀粉也稱為原淀粉，由于其本身性能因素滿足不了造紙生產(chǎn)工藝的需要，表現(xiàn)為糊化粘度高，糊化溫度也較高，糊液易老化，吸附性、留著性、成膜性不佳，必須將其采用化學、物理、生物等方法來改變其固有性質(zhì)，以滿足造紙過程的需要，這種改變了原有性質(zhì)的淀粉稱作為變性淀粉（或改

2、性淀粉）。 變性淀粉具有改善成紙性能、高性價比、適應(yīng)紙張輕量化、印刷高速化且可再生等特點被廣泛地應(yīng)用在造紙生產(chǎn)過程中。并且淀粉是一種生物可降解并且支持環(huán)保的多聚物，由于價格比較低，作為功能與工藝添加物時，對造紙工業(yè)有許多好處，它可改善干強度，滯留性，疏水性，施膠性，成形性，減少灰塵，改進拉伸性與印刷性能。淀粉在自然界中分布很廣，是高等植物中常見的組分，化學分子式（C6H10O5)n；由葡萄糖組成的多糖，是可再生的天然高分子化合物；淀粉組成可以分為兩類，直鏈淀粉與支鏈淀粉；淀粉中直鏈、支鏈淀粉之比一般約為15-28%比72-85%，其比例視植物種類、品種、生長時期的不同而異。變性淀粉在造紙中的應(yīng)

3、用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用淀粉結(jié)構(gòu)變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用淀粉的性質(zhì) 1.淀粉的溶解性：淀粉的溶解性：淀粉顆粒不溶于冷水，但能夠溶于一定溫度的熱水中。 淀粉顆粒的結(jié)晶性：淀粉顆粒的結(jié)晶性：由于淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，顆粒結(jié)構(gòu)分為結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)域，所以淀粉顆粒具有結(jié)晶性，在偏光顯微鏡下觀察呈現(xiàn)偏光十字。 2.淀粉的糊化性：淀粉的糊化性：淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)能在有充足水分的條件下達一定溫度后被破壞，偏光十字消失，即淀粉發(fā)生了糊化，這一溫度稱為糊化溫度。 變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用淀粉糊化的三個階段淀粉糊化的三個階

4、段 可逆吸水階段：水分子只是單純地進入淀粉顆粒的微晶束的間隙中，與無定形部分的游離羥基結(jié)合，顆粒吸收少量水份，體積膨脹較少，顆粒外形不變，內(nèi)部保持原來的晶體結(jié)構(gòu)； 不可逆吸水階段：隨著溫度升高到一定程度，水分子進入顆粒內(nèi)部，與一部分淀粉分子結(jié)合，淀粉顆粒急劇膨脹，氫鍵斷裂，破壞了分子間的締合狀態(tài)，破壞了晶體結(jié)構(gòu)，黏度大為增加； 高溫階段：隨著溫度繼續(xù)上升，淀粉顆粒增大到數(shù)百甚至上千倍，大部分淀粉顆粒逐漸消失，分子間作用力很弱，微晶束解體，變成碎片，體系粘度逐漸升高，最后變成透明或半透明淀粉膠液。 變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用3.淀粉的老化淀粉的老化:淀粉溶液經(jīng)緩慢冷卻或凝膠長期

5、放置變成不透明甚至產(chǎn)生沉淀的物質(zhì)，行業(yè)上把這種現(xiàn)象稱作淀粉的“老化”，也叫“回生”。從本質(zhì)上看，淀粉老化是糊化的淀粉在逐漸冷卻的過程中，分子動能降低，相鄰分子間致密而高度晶化的淀粉分子微束失去了溶解性。由此可風，老化是糊化的逆轉(zhuǎn)。 淀粉老化變化圖變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 淀粉分類淀粉分類 按照淀粉原料不同可分為：玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉與小麥淀粉。 按處理方式不同可分為以下幾類：（1）物理變性淀粉：包括預糊化淀粉、油脂變性淀粉、煙熏變性淀粉、擠壓變性淀粉、金屬離子變性淀粉、超高壓輻射變性淀粉。（2）化學變性淀粉：極限糊精、酸變性淀粉、氧化淀粉酯化淀粉、醚化淀粉、交聯(lián)淀

6、粉、陽離子淀粉、淀粉接枝共聚物等。（3）酶法變性淀粉：抗消化淀粉、糊精等。（4）天然變性淀粉：應(yīng)用遺傳技術(shù)和精選技術(shù)，培育出具有特殊用途變性淀粉。根據(jù)變性反應(yīng)機理，淀粉變性所得產(chǎn)物可分為淀粉分解產(chǎn)物、淀粉衍生物和交聯(lián)淀粉三大類。 8變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 按離子性分主要為：陽離子淀粉、陰離子淀粉、兩性淀粉三大類； 按其用途分主要為：漿內(nèi)添加淀粉、表面施膠淀粉、涂布淀粉、噴淋淀粉 四大類； 造紙生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是漿內(nèi)陽離子淀粉和表面氧化施膠淀粉。變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的

7、應(yīng)用不同淀粉的顆料形態(tài)變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用不同淀粉糊化后的拉絲狀態(tài)變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用不同淀粉的老化性變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用不同淀粉的透明度不同淀粉的透明度變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用不同變性淀粉的性質(zhì)特點不同變性淀粉的性質(zhì)特點變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 一、漿內(nèi)添加一、漿內(nèi)添加陽離子淀粉陽離子淀粉 陽 離 子 淀 粉 通常是指淀粉在一定條件下與陽離子試劑（常稱醚化劑）反應(yīng)制得的產(chǎn)物，陽離子試劑主要有：叔胺鹽類和季胺鹽類陽離子試劑。生成的產(chǎn)品種 類 主 要 有：叔 銨 烷 基 淀 粉，季 銨

8、 型烷基淀 粉，伯、仲 烷 基 淀 粉；造 紙 生 產(chǎn) 中 應(yīng) 用 較 多 的 是 叔 銨 型 和 季 銨 型 陽離 子 淀 粉；由 于 季 銨 型 陽 離 子 淀 粉 在 較 大 的 pH 值 范 圍 內(nèi) 均 呈 陽 離 子 性，比 較 適 用 于 中、堿 性 條 件 下 抄 紙；而 中 性 抄 紙 技 術(shù) 優(yōu) 點 從 國 外 到 國 內(nèi) 已 被 業(yè) 內(nèi) 廣 泛 認 同 和 采 用；因 此 季 銨 型 陽 離 子 淀 粉 目 前 已 成 為 使 用 范 圍 最 廣，用 量 最 大 的 一 種 陽 離 子 淀 粉。 17變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 陽陽 離離 子子 淀淀 粉粉

9、 指指 標標 有有 水水 分、白分、白 度、度、pH 值、細值、細 度、度、取取 代代 度度 等；在等；在 濕濕 部部 添添 加加 對對 效效 能能 影影 響響 主主 要要 是是 取取 代代 度度 指指 標。標。 什么是取代度？什么是取代度？ 淀粉葡萄糖單元上的的羥基為醚基或酯基取代的產(chǎn)淀粉葡萄糖單元上的的羥基為醚基或酯基取代的產(chǎn)物，平均每個失水葡萄糖單元上被反應(yīng)試劑取代的羥基數(shù)物，平均每個失水葡萄糖單元上被反應(yīng)試劑取代的羥基數(shù)目，稱為取代度目，稱為取代度 取代度取代度是表示羥基的取代程度和比例，所以，可以是表示羥基的取代程度和比例，所以，可以用取代度來表示淀粉的變性程度。用取代度來表示淀粉的

10、變性程度。 18變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 因為每個葡萄糖單元上只有三個羥基，所以取代度的因為每個葡萄糖單元上只有三個羥基，所以取代度的最大值是最大值是3 。但這只是理論值，如果真做成這個取代度，。但這只是理論值，如果真做成這個取代度，這個東西的性能已經(jīng)不屬于淀粉了這個東西的性能已經(jīng)不屬于淀粉了 現(xiàn)在的變性淀粉，因生產(chǎn)工藝及成本因素，取代度大現(xiàn)在的變性淀粉，因生產(chǎn)工藝及成本因素，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較左右，只有羧甲基淀粉的取代度比較高，一般都在高，一般都在0.2以上，經(jīng)常有以上，經(jīng)常有1.0的取代度的取代度.19變性淀粉在造紙中的

11、應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用陽離子淀粉作用機理陽離子淀粉作用機理 陽 離 子 淀 粉 是 在 淀 粉 葡 萄 糖 單 元 2,3,6 位 上 的 活 性 羥 基 被 陽 離 子 基 團（如 季 銨 鹽 所 含）取 代，因 此 與 表 面 帶 負 電 荷 的 纖 維 具 有 較 強 的 吸 附 力，系 統(tǒng) 中 纖 維間 氫 鍵 數(shù) 量 增 加 ，使 的纖 維 之 間 的 結(jié) 合 力 增 強；同 時 它 在 濕 部 系 統(tǒng) 中 與 纖 維 、填 料 和 其 他 添 加 劑 之 間 起 著 離 子 橋 的 作 用，細 小 纖 維 相 對 比 表 面 積 大 可 優(yōu) 先 吸 附，從 而 提 高 細 小

12、纖 維 和 填 料 的 留 著 率；吸 附 作 用 產(chǎn) 生 的 一 定 強 度 的 絮 團， 從 而 也使 漿 料 叩 解 度 有所 下 降，濾 水 性 能 得 到 一 定 程 度 的 改 善 20變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用陽離子淀粉應(yīng)用工藝參考：陽離子淀粉應(yīng)用工藝參考： 制備濃度10-20%(連續(xù)式）；5-10%（間隙式） 升溫最高125（連續(xù)式）、95 （間隙式） 保溫時間不少于15min 使用濃度1-2%； 在線計量連續(xù)添加； 添加量8-15kg/噸紙； 21變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 22制備添加示意圖制備添加示意圖靜態(tài)混合器清水混合罐儲存槽料倉壓縮

13、空氣兩段連蒸器中間槽清水螺旋計量至抄前池變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用陽離子淀粉在生產(chǎn)的的加入點陽離子淀粉在生產(chǎn)的的加入點23陽離子淀粉壓力篩流漿箱PAMPolyflex沖漿泵變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 。24陽離子淀粉功能特點陽離子淀粉功能特點 改 善 纖 維 間 結(jié) 合 力，提 高 成 紙 強 度； 提 高 濕 部 保 留，減 少 漿 耗，降 低 污 水 SS、BOD； 吸 附 系 統(tǒng) 陰 離 子 垃 圾，平 衡 系 統(tǒng) 電 荷 降 低 PCD； 自 身 保 留 率 為 90-95%，提 高 成 紙 灰 份 節(jié) 約 成 本； 淀 粉 聚 合 度 低 ，添 加

14、 量 大 小 不 影 響 成 紙 勻 度； 通 常，取 代 度 0.020-0.025 增 強 為 主，保 留 為 輔 ；取 代 度 大 于 0.025 保 留 作 用 愈 加 明 顯；另 外 添 加 點 靠 前 增 強 效 果 為 主，靠 后 保 留 效 果 為 主。 變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 表面施膠氧化淀粉 用 于 造 紙 表 面 施 膠 的 淀 粉 主 要 有：氧 化 淀 粉、酸 化 淀粉、酶 轉(zhuǎn) 化 淀 粉。 氧化淀粉制造時，多數(shù)是在淀粉廠用天然淀粉與次氯酸鈉（NaClO4）反應(yīng)制成的。次氯酸鈉氧化劑將淀粉分子撕裂成短分子鏈，使得其糊化粘度降低。氧化淀粉生產(chǎn)時，如

15、果PH過高，部分淀粉分子中的羥基會被氧化，生成羧基。這些羧基可以改進淀粉糊化時粘度穩(wěn)定性。用途不同時，例如用于壓力施膠、涂布或壓光時，氧化淀粉的粘度可以制成不同的粘度。造紙工藝表面處理時，氧化淀粉是淀粉制造商能提供的成本最低、最常用的變性淀粉。變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用氧化淀粉氧化淀粉指標指標 表 面 施 膠 氧化淀 粉 的 指 標 通 常 為：水 分、白 度、細 度、斑 點、pH 值、粘 度 等；對 于 施 膠 過 程 來 講 粘 度 指 標 的 大 小 及穩(wěn) 定 性 尤 為 重 要；變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用表面施膠淀粉表面施膠淀粉作用機理：作用機理：

16、表 面 施 膠 通 常 采 用 具 有 疏 水 基 和 對 纖 維 有 親 和 性 的 親 水 基 構(gòu) 成 的 施 膠 劑 與 經(jīng) 生 物 酶 轉(zhuǎn) 化 后 的 淀 粉 按 適 當 比 例（通 常 為 1:10-20）配 伍 ，淀 粉 作 為 施 膠 載 體 ，均 勻 地 涂 覆 于 紙 或 紙 板 表 面，經(jīng) 干 燥 后 在 紙 或 紙 板 表 面 形 成 一 層 柔 性 膠 膜，使 紙 張 表 面 性 能 得以 改 善。27變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用28表面施膠淀粉制備示意圖表面施膠淀粉制備示意圖靜態(tài)混合器熒光增白劑 清水混合罐儲存槽料倉壓縮空氣兩段連蒸器中間槽清水生物酶螺

17、旋計量至上料槽變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用表面施膠系統(tǒng)表面施膠系統(tǒng)29水力碎漿機立篩頂輥施膠底輥施膠3#閥1#閥2#閥施膠裝置上料槽回流管變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用施膠示意圖施膠示意圖變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用 氧化淀粉的功能特點氧化淀粉的功能特點 成 本 低，流 失 少，回 抄 對 濕 部 系 統(tǒng) 電 荷 影 響 小； 改 善 紙 或 紙 板 表 面 性 能：如 表 面 強 度、抗 水 性、兩 面 差、平 滑 度、印 刷 性 能 等； 施 膠 留 著 率 接 近 100%，使 用 效 率 高，減 少 漿 耗； 提 高 紙 和 紙 板 物 理 強 度，由 于 表 面 施 膠 淀 粉 分 子 鏈 被 適 度 切 斷，更 易 糊 化，涂 覆 過 程 中 增 加 了 對 水 的 親 和 作 用，容 易 滲 透 進 入 紙 頁 內(nèi) 部，提 高 紙 張 內(nèi) 部 纖 維 間 的 結(jié) 合 強 度； 與 其 他 化 學 助 劑 相 容 性 較 好；變性淀粉在造紙中的應(yīng)用變性淀粉在造紙中的應(yīng)用淀粉制備主要事項淀粉制備主要事項 淀 粉 儲 存 環(huán) 境 必 須 保 持 干 燥； 淀 粉 加 入 溶 解 槽 后 須 分 散 均 勻； 紙 機 開 機 過 程 儲 槽 攪 拌 器 保 持 常 開