造纸涂布施胶用复合变性淀粉TB—201的制备及性能研究

陈明育+曹晓辉+杨青松

摘要：文章研究了造纸涂布施胶用复合变性淀粉TB-201的最佳制备工艺及应用性能，结果表明：TB-201的最佳制备工艺为pH=9，次氯酸钠添加量3%，环氧丙烷添加量0.85%，氧化反应时间3h，羟丙基取代反应时间3h。所得产品TB-201淀粉糊化温度低，胶料熬制简单、方便，糊液流变性好，稳定性高。

关键词：复合变性淀粉；氧化羟丙基；涂布施胶

中图分类号：TS727 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0013-03

随着现代造纸工业的快速发展，新的工艺、新的设备和新的技术不断被采用，对造纸涂布施胶用变性淀粉的要求也越来越高，单一变性的淀粉难以满足需要，于是，复合变性淀粉应运而生，其在造纸工业上的应用得到了肯定。TB-201变性淀粉就是经过两次化学变性而得到的复合变性淀粉，由于在淀粉分子中引入了多种活性基团，使淀粉的糊化温度、流变性、稳定性、成膜性、粘接性等性能得到了明显的改善，是适合现代造纸工业涂布施胶用的优良的新型材料。

1 材料、仪器及方法

1.1 材料

木薯原淀粉（越南三叶牌），次氯酸钠，环氧丙烷，氢氧化钠，无水硫酸钠，碳酸氢钠，盐酸，水，增粘剂（自制）。

1.2 仪器

恒温水浴锅2个，1000mL烧杯2个，玻棒2根，搅拌器3个，胶头滴管1个，真空抽滤机及抽滤瓶，三口烧瓶，分析天平，NDJ-79粘度计，烘箱。

1.3 方法

采用湿法工艺路线制备TB-201复合变性淀粉的工艺

路线：

制备步骤如下：

（1）将一定量的木薯原淀粉加入水中，通过搅拌器不断搅拌形成38%的悬浮液。（2）滴加氢氧化钠、次氯酸钠溶液进行氧化反应。（3）加入无水硫酸钠。（4）滴加环氧丙烷，进行羟丙基取代反应。（5）滴加盐酸，进行中和。（6）洗涤烘干。（7）复配得涂布施胶复合变性淀粉。

2 结果与讨论

2.1 次氯酸钠添加量

涂布施胶用淀粉的粘度值主要为180～300CP，在250CP左右从技术及成本考虑较为合适，为了找出最佳的次氯酸钠用量范围，对次氯酸钠添加量进行单因素试验，即按照氧化淀粉制备方法，固定其他条件不变，只改变次氯酸钠的用量为从3.5%到5.5%，试验测定结果如下：

图1 粘度──次氯酸钠添加量曲线

从曲线图中，我们可以看出在3.5%～5.5%范围内，粘度与次氯酸钠添加量成反比关系，即粘度随次氯酸钠用量的增大而减少。在本试验条件下，最佳次氯酸钠添加量为3.5%为宜。

2.2 氧化反应时间

为了找出最佳的氧化反应时间，对氧化反应时间进行单因素试验，即按照氧化淀粉制备方法，固定其他条件不变（次氯酸钠添加量为3.5%），只改变次反应时间为从1h到5h，试验测定结果如下：

图2 粘度──氧化反应时间曲线

从曲线图中，我们可以看出在1～5h范围内，粘度与氧化反应时间成反比关系，即粘度随氧化反应时间的延长而减少。在本试验条件下，最佳氧化反应时间以3h为宜。

2.3 环氧丙烷添加量

为了找出最佳的环氧丙烷添加量，对环氧丙烷用量进行单因素试验，即按照羟丙基淀粉的制备方法，固定其他条件不变，只改变环氧丙烷添加量为从0.3%到1.1%，试验测定结果如下：

图3 取代度──环氧丙烷添加量曲线

从曲线图中，我们可以看出在环氧丙烷添加量从0.3%到1.1%范围内，取代度与环氧丙烷添加量成正比关系，即取代度随取代反应时间的延长而提高，在造纸涂布上，一般取代度达0.06即有较佳使用效果，在本试验条件下，最佳环氧丙烷添加量以0.85%为宜。

2.4 取代反应时间

为了找出最佳的取代反应时间，对取代反应时间进行单因素试验，即按照羟丙基淀粉的制备方法，固定其他条件不变（环氧丙烷添加量0.85%），只改变次反应时间为从1h到5h，试验测定结果如下：

图4 取代度──反应时间曲线

从曲线图中，我们可以看出在1～5h范围内，取代度与取代反应时间成正比关系，即取代度随取代反应时间的延长而提高，在造纸涂布上，一般取代度达0.06即有较佳使用效果，在本试验条件下，最佳取代反应时间以3h为宜。

2.5 pH值的影响

pH值对变性淀粉的反应进程有重要影响，对于氧化反应而言，pH为9.0时生成的羧基最多，pH值小于或大于9.0时，容易生成醛基和酮基，影响淀粉的色泽、粘结力。对于羟丙基取代反应而言，pH为9.0时反应效率较好，因此本工艺pH值控制在9.0。

2.6 TB-201复合变性淀粉性能指标

TB-201复合变性淀粉与原淀粉相比，糊化温度较低，一般低4℃～6℃。TB-201复合变性淀粉的糊液在冷却过程中粘度增加慢，而且温度低、粘度低、流变性好。TB-201复合变性淀粉分子中含有非离子活性基团，增加了淀粉团粒的溶胀性和分散性，同时降低了凝沉作用，提高了溶胶的透明度，也显著改善了成膜性能，提高了粘接能力。TB-201变性淀粉具有分散性好、糊化温度低、粘度稳定、透明度高、不易凝结、流变性好、成膜性高、粘结力强等特点，便于制备、贮存和使用。

2.6.1 理化指标：

水分（%）≤15

灰份（%）≤0.8

斑点（个∕cm2）≤6

白度（%）（457mm蓝光反射率）≥88

细度（%）（过100目分样筛）≤99.0

粘度（MPa·s）（6%，95℃，1h）≤1.9；2.0～3.9；4.0～6.9；7.0～15；16～250。

2.6.2 TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能比较：

表1是经测试比较的TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能，表明TB-201复合变性淀粉具有与干酪素相媲美的粘着力及其他性能：

表1 TB-201复合变性淀粉的性能

项目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘着力 15% 12%

陶土负载力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201复合变性淀粉在造纸工业中的应用

TB-201复合变性淀粉在造纸工业中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成胶乳等用于纸和纸板的表面施胶和涂布，与单一变性的淀粉相比有更显著的应用效果，特别适用于铜版纸和光泽涂布纸作涂布粘合剂使用，能使纸张具有较低而均匀的孔隙性，增加表面强度、光泽度、耐磨性、保油性和抗溶剂性。

表2 TB-201在铜版纸上的涂布结果

指标 用PVA的纸 用TB-201的纸 备注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

紧度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 双面测定

表面强度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 双面测定

表面渗透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 双面测定

2.7.1 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于铜版纸涂布的试验：

正常生产在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；试验样品使用50kgTB-201复合变性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

试验结果如表2所示。

2.7.2 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于扑克牌的上光打底，试验结果如表3：

表3 TB-201在扑克牌上的涂布结果

项目 PVA TB-201 备注

配料工艺 2～2.5h 150kg料溶解搅拌20min分装过滤加助剂，共1h 利于节约能源

干燥结膜性能 干燥温度85℃以上 干燥温度78℃～80℃，结膜效果好

粘度及流动性 粘度高流动性差 粘度低，流动性好

扑克牌技术指标 符合部颁

标准 光泽度、白度指标超过PVA，其他指标均符合部颁标准

经济效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 结语

TB-201的最佳制备工艺为pH=9，次氯酸钠添加量3%，环氧丙烷添加量0.85%，氧化反应时间3h，羟丙基取代反应时间3h。

TB-201糊化温度低，胶料熬制简单、方便。

TB-201糊液流变性好，稳定性高，与涂料中其他组份相溶性好。

TB-201作纸与纸板的表面施胶和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料较软易压而平滑，印刷适应性好，表面强度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施胶或涂布中替代成本较高的PVA、干酪素、合成胶乳等，同时可提高车速、减少断头、节约蒸汽，有明显的经济效益。

参考文献

[1] 张友松.变性淀粉的生产与应用手册[M].北京：中

国轻工业出版社，1999.

[2] 寇喜春.氧化淀粉粘合剂的制备[J].粘接，1990，

（4）.

[3] 杨丽英，Sriroth K.，Piyachomkwan K.泰国木薯淀粉

特性研究[J] .云南大学学报（自然科学版），2003，

（S1）.

[4] 张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京：化学工业

出版社，2001.

[5] Esa Lehtinen.纸张颜料涂布与表面施胶[M].北京：

中国轻工业出版社，2005.

2.6.2 TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能比较：

表1是经测试比较的TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能，表明TB-201复合变性淀粉具有与干酪素相媲美的粘着力及其他性能：

表1 TB-201复合变性淀粉的性能

项目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘着力 15% 12%

陶土负载力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201复合变性淀粉在造纸工业中的应用

TB-201复合变性淀粉在造纸工业中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成胶乳等用于纸和纸板的表面施胶和涂布，与单一变性的淀粉相比有更显著的应用效果，特别适用于铜版纸和光泽涂布纸作涂布粘合剂使用，能使纸张具有较低而均匀的孔隙性，增加表面强度、光泽度、耐磨性、保油性和抗溶剂性。

表2 TB-201在铜版纸上的涂布结果

指标 用PVA的纸 用TB-201的纸 备注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

紧度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 双面测定

表面强度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 双面测定

表面渗透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 双面测定

2.7.1 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于铜版纸涂布的试验：

正常生产在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；试验样品使用50kgTB-201复合变性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

试验结果如表2所示。

2.7.2 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于扑克牌的上光打底，试验结果如表3：

表3 TB-201在扑克牌上的涂布结果

项目 PVA TB-201 备注

配料工艺 2～2.5h 150kg料溶解搅拌20min分装过滤加助剂，共1h 利于节约能源

干燥结膜性能 干燥温度85℃以上 干燥温度78℃～80℃，结膜效果好

粘度及流动性 粘度高流动性差 粘度低，流动性好

扑克牌技术指标 符合部颁

标准 光泽度、白度指标超过PVA，其他指标均符合部颁标准

经济效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 结语

TB-201的最佳制备工艺为pH=9，次氯酸钠添加量3%，环氧丙烷添加量0.85%，氧化反应时间3h，羟丙基取代反应时间3h。

TB-201糊化温度低，胶料熬制简单、方便。

TB-201糊液流变性好，稳定性高，与涂料中其他组份相溶性好。

TB-201作纸与纸板的表面施胶和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料较软易压而平滑，印刷适应性好，表面强度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施胶或涂布中替代成本较高的PVA、干酪素、合成胶乳等，同时可提高车速、减少断头、节约蒸汽，有明显的经济效益。

参考文献

[1] 张友松.变性淀粉的生产与应用手册[M].北京：中

国轻工业出版社，1999.

[2] 寇喜春.氧化淀粉粘合剂的制备[J].粘接，1990，

（4）.

[3] 杨丽英，Sriroth K.，Piyachomkwan K.泰国木薯淀粉

特性研究[J] .云南大学学报（自然科学版），2003，

（S1）.

[4] 张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京：化学工业

出版社，2001.

[5] Esa Lehtinen.纸张颜料涂布与表面施胶[M].北京：

中国轻工业出版社，2005.

2.6.2 TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能比较：

表1是经测试比较的TB-201复合变性淀粉与干酪素的一些物理性能，表明TB-201复合变性淀粉具有与干酪素相媲美的粘着力及其他性能：

表1 TB-201复合变性淀粉的性能

项目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘着力 15% 12%

陶土负载力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201复合变性淀粉在造纸工业中的应用

TB-201复合变性淀粉在造纸工业中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成胶乳等用于纸和纸板的表面施胶和涂布，与单一变性的淀粉相比有更显著的应用效果，特别适用于铜版纸和光泽涂布纸作涂布粘合剂使用，能使纸张具有较低而均匀的孔隙性，增加表面强度、光泽度、耐磨性、保油性和抗溶剂性。

表2 TB-201在铜版纸上的涂布结果

指标 用PVA的纸 用TB-201的纸 备注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

紧度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 双面测定

表面强度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 双面测定

表面渗透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 双面测定

2.7.1 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于铜版纸涂布的试验：

正常生产在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；试验样品使用50kgTB-201复合变性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

试验结果如表2所示。

2.7.2 TB-201复合变性淀粉代替PVA用于扑克牌的上光打底，试验结果如表3：

表3 TB-201在扑克牌上的涂布结果

项目 PVA TB-201 备注

配料工艺 2～2.5h 150kg料溶解搅拌20min分装过滤加助剂，共1h 利于节约能源

干燥结膜性能 干燥温度85℃以上 干燥温度78℃～80℃，结膜效果好

粘度及流动性 粘度高流动性差 粘度低，流动性好

扑克牌技术指标 符合部颁

标准 光泽度、白度指标超过PVA，其他指标均符合部颁标准

经济效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 结语

TB-201的最佳制备工艺为pH=9，次氯酸钠添加量3%，环氧丙烷添加量0.85%，氧化反应时间3h，羟丙基取代反应时间3h。

TB-201糊化温度低，胶料熬制简单、方便。

TB-201糊液流变性好，稳定性高，与涂料中其他组份相溶性好。

TB-201作纸与纸板的表面施胶和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料较软易压而平滑，印刷适应性好，表面强度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施胶或涂布中替代成本较高的PVA、干酪素、合成胶乳等，同时可提高车速、减少断头、节约蒸汽，有明显的经济效益。

参考文献

[1] 张友松.变性淀粉的生产与应用手册[M].北京：中

国轻工业出版社，1999.

[2] 寇喜春.氧化淀粉粘合剂的制备[J].粘接，1990，

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[3] 杨丽英，Sriroth K.，Piyachomkwan K.泰国木薯淀粉

特性研究[J] .云南大学学报（自然科学版），2003，

（S1）.

[4] 张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京：化学工业

出版社，2001.

[5] Esa Lehtinen.纸张颜料涂布与表面施胶[M].北京：

中国轻工业出版社，2005.