高性能表面施胶淀粉的开发及其在双胶纸生产中的应用

张鹏，胡居吾，孙复钱，熊伟

（江西省科学院应用化学研究所，江西南昌 330096）

高性能表面施胶淀粉的开发及其在双胶纸生产中的应用

张鹏*，胡居吾，孙复钱，熊伟

（江西省科学院应用化学研究所，江西南昌 330096）

本文自制表面施胶用氧化阳离子淀粉，并与氧化淀粉进行了双胶纸生产中表面施胶效果的比对。结果表明，自制表面施胶淀粉的添加可有效提高成纸的表面强度及耐水性等性能，与氧化淀粉相比优势明显。

表面施胶淀粉；双胶纸；耐水性；表面强度

改性淀粉是造纸行业表面施胶用量最大的化学品，随着印刷技术和相关用纸行业的不断发展, 人们对纸张性能尤其是表面性能提出了更高的要求, 而造纸原料结构与此同时也发生了较大变化, 如废纸回用率的提高, 高得率浆、草浆的应用和高填料量的使用等, 导致了纸张性能恶化。过去常用的普通氧化淀粉、阳离子淀粉已渐渐不能满足生产需求，为此，开发新型表面施胶剂成为改善纸张性能和生产高附加值纸种的有效方法[1,2]。

双胶纸作为一种被广泛应用的印刷用纸，为了获得较好的印刷适应性以及较高的印刷表面强度，在生产过程中一般都需进行表面施胶处理[3]。

本研究采用木薯淀粉为原料，采先氧化、再醚化复合反应，实现低粘度化和阳离子化同时进行，得到了自制的高性能表面施胶淀粉，应用于双胶纸生产试验，取得了良好的效果。

1 实验部分

1.1 原料和设备

木薯淀粉、氧化剂次氯酸钠、醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵、氢氧化钠、氧化淀粉均为市售工业级。

KDN-04C型凯氏定氮仪； YQ-Z-48B型白度仪；PHS-2C酸度计；NDJ-1型旋转粘度计。

1.2 高性能表面施胶淀粉制备原理

先采用次氯酸钠作为氧化剂氧化木薯淀粉，羟基被氧化成羰基和羧基，导致分子降解，淀粉经氧化后，最重要的性质变化在于糊化容易，糊化温度降低，粘度也大降低，稳定性高，凝沉性弱，流动性高，透明度高，胶粘力强，成膜性好[4,5]。而阳离子淀粉用于表面施胶，因为其表面带有正电荷，对纤维的化学亲和力强，淀粉胶液的渗透速度较慢[6,7]，将氧化与阳离子化相结合，制备的氧化阳离子表面施胶淀粉，可消除阳离子淀粉粘度高、流动性差给纸张生产过程中带来的不利影响，以满足高浓度蒸煮糊化和高浓度表面施胶的需要。

1.3 制备工艺

由木薯淀粉制备高性能表面施胶工艺流程，如图1所示。

图1 木薯淀粉制备高性能表面施胶工艺流程

将市售工业级木薯淀粉和少量氢氧化钠投入反应釜中，抽取真空并加温至110℃，混合0.5h后，加入氧化剂次氯酸钠氧化反应1h，氧化剂用量为木薯淀粉的4.5%~5%，再投入阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵进行醚化复合反应，醚化剂为木薯淀粉的3.5%~4%，醚化复合反应时间3h，降温得到自制的高性能氧化阳离子表面施胶淀粉。

1.4 性能指标

如上所述，制备的氧化阳离子淀粉的性能指标如表1所示：

表1 氧化阳离子淀粉的性能指标

2 淀粉在双胶纸生产中的应用

为了验证施胶淀粉的使用效果，对其进行了生产试验，生产试验中的相关工艺参数如下：

双胶纸定量：80g·m-2；原浆为进口针叶木漂白浆加自制草浆；其中淀粉糊化的工艺参数有：糊化浓度为10%；糊化温度为90℃；糊化时间为15min。

将其与市售国产氧化淀粉施胶机进行性能对比，成纸性能指标按国家相关标准进行检测，试验数据见表2。

表2 不同表面施胶剂对双胶纸的施胶试验结果

通过对生产试验得到的试验数据进行比较可知，自制表面施胶淀粉因其带有正电荷，可以与带有负电荷纤维的表面密切结合渗入纤维间隙，並在表面形成疏水层覆膜。该表面施胶剂的使用相较氧化淀粉来说，大幅提高了成纸的耐水性、表面强度、裂断长，改善纸张的印刷适性，减少浆料和白水系统的阴离子垃圾，且保存了氧化淀粉粘度低、稳定性好的优点，可较好地满足双胶纸的生产要求。

3 结论

以木薯淀粉为原料，采用氧化醚化复合反应，在碱的催化作用下使用真空干法得到高性能氧化阳离子表面施胶淀粉。

与氧化淀粉的应用对比试验发现，自制氧化阳离子施胶淀粉施胶后纸张的表面强度、平滑度、耐水性等得到较大提高，施胶效果良好，符合双胶纸生产中对其表面施胶的要求。

[1] 张俊苗,付永山,邱春丽,等.造纸用聚合物表面施胶剂的研究进展[J].纸和造纸,2015,34(8):71-74.

[2] 张力田.变性淀粉（第二版）[M].广州:华南理工大学出版社,1999.

[3] 王晶晶,赵传山,崔建同.双胶纸表面施胶剂的应用研究[J].造纸化学品,2009,(21):35-38.

[4] 王丽萍,李祥,师春兰.超声处理对氧化淀粉性质的影响[J].纸和造纸,2015,34(9):63-66.

[5] 应广东,王少光,王峰,等.合成表面施胶剂在双胶纸中的应用[J].中华纸业,2008,(12):80-82.

[6] 韦爱芬,韦敏莉,曾艳红.高浓低黏高稳定性阳离子表面施胶淀粉的研制[J].中华纸业,2009,30(20):66-69.

[7] 危志斌,张瑞杰.阳离子淀粉在造纸工业的主要用途及其重要作用[J].造纸化学品,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

项目资助:国家自然科学基金项目（项目编号：31260400）

张鹏（1984-）女，硕士，助理研究员，研究方向：高分子材料。