張鵬，胡居吾，孫復(fù)錢，熊偉

（江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌 330096）

高性能表面施膠淀粉的開發(fā)及其在雙膠紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

張鵬*，胡居吾，孫復(fù)錢，熊偉

（江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)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(jìn)行了雙膠紙生產(chǎn)中表面施膠效果的比對(duì)。結(jié)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(qiáng)度及耐水性等性能，與氧化淀粉相比優(yōu)勢(shì)明顯。

表面施膠淀粉；雙膠紙；耐水性；表面強(qiáng)度

改性淀粉是造紙行業(yè)表面施膠用量最大的化學(xué)品，隨著印刷技術(shù)和相關(guān)用紙行業(yè)的不斷發(fā)展, 人們對(duì)紙張性能尤其是表面性能提出了更高的要求, 而造紙?jiān)辖Y(jié)構(gòu)與此同時(shí)也發(fā)生了較大變化, 如廢紙回用率的提高, 高得率漿、草漿的應(yīng)用和高填料量的使用等, 導(dǎo)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(chǎn)需求，為此，開發(fā)新型表面施膠劑成為改善紙張性能和生產(chǎn)高附加值紙種的有效方法[1,2]。

雙膠紙作為一種被廣泛應(yīng)用的印刷用紙，為了獲得較好的印刷適應(yīng)性以及較高的印刷表面強(qiáng)度，在生產(chǎn)過程中一般都需進(jìn)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(fù)合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)低粘度化和陽離子化同時(shí)進(jìn)行，得到了自制的高性能表面施膠淀粉，應(yīng)用于雙膠紙生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了良好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料和設(shè)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(yè)級(jí)。

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

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(dǎo)致分子降解，淀粉經(jīng)氧化后，最重要的性質(zhì)變化在于糊化容易，糊化溫度降低，粘度也大降低，穩(wěn)定性高，凝沉性弱，流動(dòng)性高，透明度高，膠粘力強(qiáng)，成膜性好[4,5]。而陽離子淀粉用于表面施膠，因?yàn)槠浔砻鎺в姓姾桑瑢?duì)纖維的化學(xué)親和力強(qiáng)，淀粉膠液的滲透速度較慢[6,7]，將氧化與陽離子化相結(jié)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(dòng)性差給紙張生產(chǎn)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(yè)級(jí)木薯淀粉和少量氫氧化鈉投入反應(yīng)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(yīng)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(jìn)行醚化復(fù)合反應(yīng)，醚化劑為木薯淀粉的3.5%~4%，醚化復(fù)合反應(yīng)時(shí)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(biāo)

如上所述，制備的氧化陽離子淀粉的性能指標(biāo)如表1所示：

表1 氧化陽離子淀粉的性能指標(biāo)

2 淀粉在雙膠紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

為了驗(yàn)證施膠淀粉的使用效果，對(duì)其進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，生產(chǎn)試驗(yàn)中的相關(guān)工藝參數(shù)如下：

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

將其與市售國(guó)產(chǎn)氧化淀粉施膠機(jī)進(jìn)行性能對(duì)比，成紙性能指標(biāo)按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同表面施膠劑對(duì)雙膠紙的施膠試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)生產(chǎn)試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)電荷纖維的表面密切結(jié)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(qiáng)度、裂斷長(zhǎng)，改善紙張的印刷適性，減少漿料和白水系統(tǒng)的陰離子垃圾，且保存了氧化淀粉粘度低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可較好地滿足雙膠紙的生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

以木薯淀粉為原料，采用氧化醚化復(fù)合反應(yīng)，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(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自制氧化陽離子施膠淀粉施膠后紙張的表面強(qiáng)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(chǎn)中對(duì)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(jìn)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(xué)出版社,1999.

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

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

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

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

[7] 危志斌,張瑞杰.陽離子淀粉在造紙工業(yè)的主要用途及其重要作用[J].造紙化學(xué)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(xiàng)目資助:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：31260400）

張鵬（1984-）女，碩士，助理研究員，研究方向：高分子材料。