造紙涂布施膠用復合變性淀粉TB—201的制備及性能研究

陳明育+曹曉輝+楊青松

摘要：文章研究了造紙涂布施膠用復合變性淀粉TB-201的最佳制備工藝及應用性能，結果表明：TB-201的最佳制備工藝為pH=9，次氯酸鈉添加量3%，環(huán)氧丙烷添加量0.85%，氧化反應時間3h，羥丙基取代反應時間3h。所得產品TB-201淀粉糊化溫度低，膠料熬制簡單、方便，糊液流變性好，穩(wěn)定性高。

關鍵詞：復合變性淀粉；氧化羥丙基；涂布施膠

中圖分類號：TS727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0013-03

隨著現代造紙工業(yè)的快速發(fā)展，新的工藝、新的設備和新的技術不斷被采用，對造紙涂布施膠用變性淀粉的要求也越來越高，單一變性的淀粉難以滿足需要，于是，復合變性淀粉應運而生，其在造紙工業(yè)上的應用得到了肯定。TB-201變性淀粉就是經過兩次化學變性而得到的復合變性淀粉，由于在淀粉分子中引入了多種活性基團，使淀粉的糊化溫度、流變性、穩(wěn)定性、成膜性、粘接性等性能得到了明顯的改善，是適合現代造紙工業(yè)涂布施膠用的優(yōu)良的新型材料。

1 材料、儀器及方法

1.1 材料

木薯原淀粉（越南三葉牌），次氯酸鈉，環(huán)氧丙烷，氫氧化鈉，無水硫酸鈉，碳酸氫鈉，鹽酸，水，增粘劑（自制）。

1.2 儀器

恒溫水浴鍋2個，1000mL燒杯2個，玻棒2根，攪拌器3個，膠頭滴管1個，真空抽濾機及抽濾瓶，三口燒瓶，分析天平，NDJ-79粘度計，烘箱。

1.3 方法

采用濕法工藝路線制備TB-201復合變性淀粉的工藝

路線：

制備步驟如下：

（1）將一定量的木薯原淀粉加入水中，通過攪拌器不斷攪拌形成38%的懸浮液。（2）滴加氫氧化鈉、次氯酸鈉溶液進行氧化反應。（3）加入無水硫酸鈉。（4）滴加環(huán)氧丙烷，進行羥丙基取代反應。（5）滴加鹽酸，進行中和。（6）洗滌烘干。（7）復配得涂布施膠復合變性淀粉。

2 結果與討論

2.1 次氯酸鈉添加量

涂布施膠用淀粉的粘度值主要為180～300CP，在250CP左右從技術及成本考慮較為合適，為了找出最佳的次氯酸鈉用量范圍，對次氯酸鈉添加量進行單因素試驗，即按照氧化淀粉制備方法，固定其他條件不變，只改變次氯酸鈉的用量為從3.5%到5.5%，試驗測定結果如下：

圖1 粘度──次氯酸鈉添加量曲線

從曲線圖中，我們可以看出在3.5%～5.5%范圍內，粘度與次氯酸鈉添加量成反比關系，即粘度隨次氯酸鈉用量的增大而減少。在本試驗條件下，最佳次氯酸鈉添加量為3.5%為宜。

2.2 氧化反應時間

為了找出最佳的氧化反應時間，對氧化反應時間進行單因素試驗，即按照氧化淀粉制備方法，固定其他條件不變（次氯酸鈉添加量為3.5%），只改變次反應時間為從1h到5h，試驗測定結果如下：

圖2 粘度──氧化反應時間曲線

從曲線圖中，我們可以看出在1～5h范圍內，粘度與氧化反應時間成反比關系，即粘度隨氧化反應時間的延長而減少。在本試驗條件下，最佳氧化反應時間以3h為宜。

2.3 環(huán)氧丙烷添加量

為了找出最佳的環(huán)氧丙烷添加量，對環(huán)氧丙烷用量進行單因素試驗，即按照羥丙基淀粉的制備方法，固定其他條件不變，只改變環(huán)氧丙烷添加量為從0.3%到1.1%，試驗測定結果如下：

圖3 取代度──環(huán)氧丙烷添加量曲線

從曲線圖中，我們可以看出在環(huán)氧丙烷添加量從0.3%到1.1%范圍內，取代度與環(huán)氧丙烷添加量成正比關系，即取代度隨取代反應時間的延長而提高，在造紙涂布上，一般取代度達0.06即有較佳使用效果，在本試驗條件下，最佳環(huán)氧丙烷添加量以0.85%為宜。

2.4 取代反應時間

為了找出最佳的取代反應時間，對取代反應時間進行單因素試驗，即按照羥丙基淀粉的制備方法，固定其他條件不變（環(huán)氧丙烷添加量0.85%），只改變次反應時間為從1h到5h，試驗測定結果如下：

圖4 取代度──反應時間曲線

從曲線圖中，我們可以看出在1～5h范圍內，取代度與取代反應時間成正比關系，即取代度隨取代反應時間的延長而提高，在造紙涂布上，一般取代度達0.06即有較佳使用效果，在本試驗條件下，最佳取代反應時間以3h為宜。

2.5 pH值的影響

pH值對變性淀粉的反應進程有重要影響，對于氧化反應而言，pH為9.0時生成的羧基最多，pH值小于或大于9.0時，容易生成醛基和酮基，影響淀粉的色澤、粘結力。對于羥丙基取代反應而言，pH為9.0時反應效率較好，因此本工藝pH值控制在9.0。

2.6 TB-201復合變性淀粉性能指標

TB-201復合變性淀粉與原淀粉相比，糊化溫度較低，一般低4℃～6℃。TB-201復合變性淀粉的糊液在冷卻過程中粘度增加慢，而且溫度低、粘度低、流變性好。TB-201復合變性淀粉分子中含有非離子活性基團，增加了淀粉團粒的溶脹性和分散性，同時降低了凝沉作用，提高了溶膠的透明度，也顯著改善了成膜性能，提高了粘接能力。TB-201變性淀粉具有分散性好、糊化溫度低、粘度穩(wěn)定、透明度高、不易凝結、流變性好、成膜性高、粘結力強等特點，便于制備、貯存和使用。

2.6.1 理化指標：

水分（%）≤15

灰份（%）≤0.8

斑點（個∕cm2）≤6

白度（%）（457mm藍光反射率）≥88

細度（%）（過100目分樣篩）≤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復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能比較：

表1是經測試比較的TB-201復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能，表明TB-201復合變性淀粉具有與干酪素相媲美的粘著力及其他性能：

表1 TB-201復合變性淀粉的性能

項目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘著力 15% 12%

陶土負載力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中的應用

TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成膠乳等用于紙和紙板的表面施膠和涂布，與單一變性的淀粉相比有更顯著的應用效果，特別適用于銅版紙和光澤涂布紙作涂布粘合劑使用，能使紙張具有較低而均勻的孔隙性，增加表面強度、光澤度、耐磨性、保油性和抗溶劑性。

表2 TB-201在銅版紙上的涂布結果

指標 用PVA的紙 用TB-201的紙 備注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

緊度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 雙面測定

表面強度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 雙面測定

表面滲透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 雙面測定

2.7.1 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于銅版紙涂布的試驗：

正常生產在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；試驗樣品使用50kgTB-201復合變性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

試驗結果如表2所示。

2.7.2 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于撲克牌的上光打底，試驗結果如表3：

表3 TB-201在撲克牌上的涂布結果

項目 PVA TB-201 備注

配料工藝 2～2.5h 150kg料溶解攪拌20min分裝過濾加助劑，共1h 利于節(jié)約能源

干燥結膜性能 干燥溫度85℃以上 干燥溫度78℃～80℃，結膜效果好

粘度及流動性 粘度高流動性差 粘度低，流動性好

撲克牌技術指標 符合部頒

標準 光澤度、白度指標超過PVA，其他指標均符合部頒標準

經濟效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 結語

TB-201的最佳制備工藝為pH=9，次氯酸鈉添加量3%，環(huán)氧丙烷添加量0.85%，氧化反應時間3h，羥丙基取代反應時間3h。

TB-201糊化溫度低，膠料熬制簡單、方便。

TB-201糊液流變性好，穩(wěn)定性高，與涂料中其他組份相溶性好。

TB-201作紙與紙板的表面施膠和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料較軟易壓而平滑，印刷適應性好，表面強度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施膠或涂布中替代成本較高的PVA、干酪素、合成膠乳等，同時可提高車速、減少斷頭、節(jié)約蒸汽，有明顯的經濟效益。

參考文獻

[1] 張友松.變性淀粉的生產與應用手冊[M].北京：中

國輕工業(yè)出版社，1999.

[2] 寇喜春.氧化淀粉粘合劑的制備[J].粘接，1990，

（4）.

[3] 楊麗英，Sriroth K.，Piyachomkwan K.泰國木薯淀粉

特性研究[J] .云南大學學報（自然科學版），2003，

（S1）.

[4] 張燕萍.變性淀粉制造與應用[M].北京：化學工業(yè)

出版社，2001.

[5] Esa Lehtinen.紙張顏料涂布與表面施膠[M].北京：

中國輕工業(yè)出版社，2005.

2.6.2 TB-201復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能比較：

表1是經測試比較的TB-201復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能，表明TB-201復合變性淀粉具有與干酪素相媲美的粘著力及其他性能：

表1 TB-201復合變性淀粉的性能

項目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘著力 15% 12%

陶土負載力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中的應用

TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成膠乳等用于紙和紙板的表面施膠和涂布，與單一變性的淀粉相比有更顯著的應用效果，特別適用于銅版紙和光澤涂布紙作涂布粘合劑使用，能使紙張具有較低而均勻的孔隙性，增加表面強度、光澤度、耐磨性、保油性和抗溶劑性。

表2 TB-201在銅版紙上的涂布結果

指標 用PVA的紙 用TB-201的紙 備注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

緊度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 雙面測定

表面強度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 雙面測定

表面滲透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 雙面測定

2.7.1 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于銅版紙涂布的試驗：

正常生產在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；試驗樣品使用50kgTB-201復合變性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

試驗結果如表2所示。

2.7.2 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于撲克牌的上光打底，試驗結果如表3：

表3 TB-201在撲克牌上的涂布結果

項目 PVA TB-201 備注

配料工藝 2～2.5h 150kg料溶解攪拌20min分裝過濾加助劑，共1h 利于節(jié)約能源

干燥結膜性能 干燥溫度85℃以上 干燥溫度78℃～80℃，結膜效果好

粘度及流動性 粘度高流動性差 粘度低，流動性好

撲克牌技術指標 符合部頒

標準 光澤度、白度指標超過PVA，其他指標均符合部頒標準

經濟效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 結語

TB-201的最佳制備工藝為pH=9，次氯酸鈉添加量3%，環(huán)氧丙烷添加量0.85%，氧化反應時間3h，羥丙基取代反應時間3h。

TB-201糊化溫度低，膠料熬制簡單、方便。

TB-201糊液流變性好，穩(wěn)定性高，與涂料中其他組份相溶性好。

TB-201作紙與紙板的表面施膠和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料較軟易壓而平滑，印刷適應性好，表面強度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施膠或涂布中替代成本較高的PVA、干酪素、合成膠乳等，同時可提高車速、減少斷頭、節(jié)約蒸汽，有明顯的經濟效益。

參考文獻

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2.6.2 TB-201復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能比較：

表1是經測試比較的TB-201復合變性淀粉與干酪素的一些物理性能，表明TB-201復合變性淀粉具有與干酪素相媲美的粘著力及其他性能：

表1 TB-201復合變性淀粉的性能

項目 TB-201 干酪素

溶解性 >85℃15min全溶 70℃15min全溶

水分 13.8% 14%

粘著力 15% 12%

陶土負載力 7.7g土/g淀粉 8.33g土/g干酪素

2.7 TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中的應用

TB-201復合變性淀粉在造紙工業(yè)中可替代聚乙烯醇、干酪素、合成膠乳等用于紙和紙板的表面施膠和涂布，與單一變性的淀粉相比有更顯著的應用效果，特別適用于銅版紙和光澤涂布紙作涂布粘合劑使用，能使紙張具有較低而均勻的孔隙性，增加表面強度、光澤度、耐磨性、保油性和抗溶劑性。

表2 TB-201在銅版紙上的涂布結果

指標 用PVA的紙 用TB-201的紙 備注

定量g/m2 151 152

厚度mm 0.143 0.14

緊度g/cm3 1.06 1.10

平滑度s 158、174 297、389 雙面測定

表面強度m/s 0.79、0.74 1.83、2.77 雙面測定

表面滲透性m-1 7.91、8.25 6.95、6.6 雙面測定

2.7.1 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于銅版紙涂布的試驗：

正常生產在500kg涂料中，用PVA25kg，氧化淀粉25kg；試驗樣品使用50kgTB-201復合變性淀粉代替PVA和氧化淀粉。

試驗結果如表2所示。

2.7.2 TB-201復合變性淀粉代替PVA用于撲克牌的上光打底，試驗結果如表3：

表3 TB-201在撲克牌上的涂布結果

項目 PVA TB-201 備注

配料工藝 2～2.5h 150kg料溶解攪拌20min分裝過濾加助劑，共1h 利于節(jié)約能源

干燥結膜性能 干燥溫度85℃以上 干燥溫度78℃～80℃，結膜效果好

粘度及流動性 粘度高流動性差 粘度低，流動性好

撲克牌技術指標 符合部頒

標準 光澤度、白度指標超過PVA，其他指標均符合部頒標準

經濟效益分析 每副成本0.11元 每副成本0.06元 每副成本降低0.05元

3 結語

TB-201的最佳制備工藝為pH=9，次氯酸鈉添加量3%，環(huán)氧丙烷添加量0.85%，氧化反應時間3h，羥丙基取代反應時間3h。

TB-201糊化溫度低，膠料熬制簡單、方便。

TB-201糊液流變性好，穩(wěn)定性高，與涂料中其他組份相溶性好。

TB-201作紙與紙板的表面施膠和涂布，其平滑度要比使用PVA高得多，淀粉涂料較軟易壓而平滑，印刷適應性好，表面強度高，不掉粉、不掉毛。

TB-201在施膠或涂布中替代成本較高的PVA、干酪素、合成膠乳等，同時可提高車速、減少斷頭、節(jié)約蒸汽，有明顯的經濟效益。

參考文獻

[1] 張友松.變性淀粉的生產與應用手冊[M].北京：中

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出版社，2001.

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中國輕工業(yè)出版社，2005.