造纸用变性淀粉的新发展.doc

造纸用变性淀粉的新发展1概述 纸用变性淀粉品种繁多,用途广泛,用量几乎占造纸化学品总量的80%90%,这是已广为人知的事实。但绝大多数产品均为普通型变性淀粉,尤其在我国,由于起步晚,更是如此。普通型变性淀粉其变性技术较为简单,如: 但尽管工艺简单,不同的原淀粉(如玉米、木薯、马铃薯等)不同的反应试剂(指每一类反应又可以有不同的反应试剂,如氧化剂有:双氧水、次氯酸盐、高锰酸盐等;又如磷酸(盐)有:磷酸、磷酸二氢钠、三聚磷酸钠等;醚化剂有伯胺、仲胺、叔胺、季铵类等),不同的工艺与配方,可以制成不同功能牌号的变性淀粉产品。以阳离子淀粉为例,纸用阳离子淀粉的取代在0.010.07之间,不同的取代度可以有不同的功能用途,适应于不同的纸种及造纸工艺,故有多种商品牌号的品种。但不管品种多少,此类变性淀粉 仍属普通型(即一元)变性淀粉。普通型变性淀粉自问世以来,在反应效率、反应均匀度、反应工艺条件等方面已有了很大的改进和提高,同时在应用技术方面也有了较全面、深入的研究,已为造纸行业所接受和欢迎。但普通型变性淀粉仍存在许多不足,同样以阳离子淀粉为例,主要的不足有: a.因自身带电荷,可以明显地影响纸浆的zeta电位,除非调整纸浆体系中的阳电荷比例,否则过量的添加会出现过阳电荷现象,从而影响使用效果。 b.因纤维、填料都带有阴电荷,阴、阳电荷之间靠静电引力而相互吸附,产生絮凝,一旦操作不当,过度的絮凝会影响纸页的匀度,并影响纸张的强度。尤其对低定量薄页纸不易用好。 c.不能与阴离子添加剂(如vbl荧光增白剂、阴离子分散松香胶、阴离子pam等)同时、同地点添加会/两败俱伤0,影响各自的效果,这就要求严格添加程序与工序,使应用技术难度增加。 d.某些纸浆(如草类浆、废纸浆、磨木浆等),杂阴离子化学物质多,会干扰阳离子淀粉的应用效果。一些在木浆中应用效果良好的阳离子淀粉,在草浆、废纸浆及新闻纸浆中效果甚差,其根本原因在于此。我国是一个草浆大国,对开发适用于草浆的专用变性淀粉产品呼声很高。这也是我国变性淀粉在造纸行业未能迅速推广的重要原因。能否通过改进变性技术,提高应用效果,克服上述普通变性淀粉的不足呢?回答是肯定的。化工部造纸化学品技术开发中心暨杭州市化工研究所,自1985年以来专门从事造纸用变性淀粉的开发研究,先后开发了三十多种变性淀粉产品,并建起了万吨级变性淀粉专业厂。尤其是近年来,随着对变性淀粉研究的深入,在造纸行业的支持下,掌握了一套纸用变性淀粉的最新技术,特作简单介绍,以求推进我国纸用变性淀粉的进一步发展。 2新的发展 2.1朝两性或多元变性方向发展 所谓两性或多元变性技术是指在同一淀粉分子上既进行阴离子变性又进行阳离子,及非离子变性的技术。美国、日本、英国等发达国家早在70年代就开发了作为助留、增强、助滤及涂布用的两性淀粉,其应用效果明显高于普通阴、阳离子淀粉,但吨售价一般要高出阳离子淀粉1000元左右。1990年,我们开发成功了适用于草、木浆增强的多元变性淀粉hc-3,近年来又相继开发成功yz-151、yz-152、yz-128等系列多元变性淀粉。在合成工艺上也作了极大的改进,使制造成本较大幅度下降,已完全适应我国高草浆、废纸浆造纸的国情。1997年被国家科委列为“九五”攻关项目,目前我国许多大、中型纸厂正在使用,深受造纸行业的欢迎。 2.1.1基本的制备原理 众所周知,淀粉分子的基本结构为葡萄糖单元,其2.3.6位上各有一个活性羟基,这是淀粉可以接上阴、阳及非离子基团的基本原理。但反应往往分步进行,尤其对不同离子特性的反应试剂,若不分步完成,必将互相作用,失去反应活性。常见的反应式如下: 其中g为淀粉分子中的葡萄糖单元,x为阳离子试剂,y为阴离子试剂,z为非离子试剂。 2.1.2性能与应 用原理不同的反应试剂,不同的反应工艺,不同取代基的摩尔配比可以获得不同功能特性的两性或多元变性产 从表1可知,不同配方的产品,对各类纸浆均有增强效果,但提高幅度差异较大。多元变性淀粉的应用原理如下: a.多元变性淀粉分子中的阴离子基团能对阳离子基团起保护作用,电性排斥纸浆体系中的活性/杂0阴离子干扰物质;反之多元变性淀粉分子中的阳离子基团也能对阴离子基团起保护作用,电性排斥纸浆体系中的活性/杂0阳离子干扰物质;这种阴、阳离子基团间的相互协调作用使得对含有阴、阳/杂0干扰离子物质较多的草浆、废纸浆及新闻纸浆等具有较明显的应用效果(相对普通的阴、阳离子变性淀粉)。而多元变性淀粉分子中的非离子取代基则往往起增效作用。 b.多元变性淀粉的电荷基本平衡,多加不会影响纸浆中的zeta电位。使应用条件放宽了,从而方便纸厂的应用。 c.多元变性淀粉的应用效果与应用特点随离子基团摩尔比及工艺条件的不同而不同,应根据不同的应用目的选用不同商品牌号的产品。 2.1.3应用技术与效果 多元变性淀粉的应用效果比普通的阴离子、阳离子淀粉好,已是不争的事实,多年前浙江华丰纸厂科研所就在本色木浆中将三者的增强产品进行应用效果比较(结果如表2),试验数据表明,多元变性淀粉具有明显的效果优势。hc-3曾在全国许多大、中型纸厂应用,效果明显:如在纸袋纸中应用:添加1.2%,透气度提高48.7%;施胶度提高9.8%;抗张力:纵向提高8.8%,横向提高17.9%;伸长率:纵向提高18.2%,横向提高8.9%;抗张能量吸收值:纵向提高25.8%,横向提高20.7%;白水浓度下降16.1%. 近年新开发成功的新一代多元变性淀粉yz-151,吨生产成本比hc-3下降约500元,而应用效果更好。如在佳木斯造纸厂大型纸机上应用中,添加0.6%0.8%,可使80g/m2定量的纸袋纸下降至70g/m2定量,而其强度还略优于80g/m2定量的纸袋纸,同时较大幅度地降低了松香、明矾的用量。而每下降1g/m2定量,吨纸可多生产50只纸袋,下降10g/m2定量则吨纸可多生产500只纸袋,以每只纸袋成本1元计算,可使水泥厂吨纸多创效益500元。水泥行业是直接的受益者,新型增强剂yz-151的应用,不仅扩大了造纸厂纸袋纸的销路,而且为国家节约了大量的木材资源。 新型多元变性淀粉yz