張鵬，胡居吾，孫復(fù)錢(qián)，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(kāi)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(qián)，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(yáng)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(guò)去常用的普通氧化淀粉、陽(yáng)離子淀粉已漸漸不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，為此，開(kāi)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(guò)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(yáng)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(yáng)離子淀粉用于表面施膠，因?yàn)槠浔砻鎺в姓姾?，?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(yáng)離子化相結(jié)合，制備的氧化陽(yáng)離子表面施膠淀粉，可消除陽(yáng)離子淀粉粘度高、流動(dòng)性差給紙張生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)的不利影響，以滿(mǎn)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(yáng)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(yáng)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(yáng)離子淀粉的性能指標(biāo)如表1所示：

表1 氧化陽(yáng)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(jiàn)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(mǎn)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(yáng)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(yáng)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(ài)芬,韋敏莉,曾艷紅.高濃低黏高穩(wěn)定性陽(yáng)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(yáng)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。