陽離子淀粉在生活用紙中的應(yīng)用

賈榮智 羅士余 白露露 劉猛 山東太陽紙業(yè)股份有限公司

淀粉作為一種可再生、可生物降解的天然高分子物質(zhì)，是僅次于纖維素儲量的第二大生物質(zhì)材料[1]。天然淀粉用于工業(yè)生產(chǎn)中具有許多性質(zhì)上的不足之處，如不溶于冷水、淀粉糊易老化脫水、成膜性差、缺乏乳化力、耐藥性和耐機(jī)械性差等，而通過使用化學(xué)或物理方法處理天然淀粉后，能改善其部分物理特性使之符合某種特定工業(yè)用途的要求，這種處理過程稱為淀粉的變性[2]。

經(jīng)過改性后的陽離子淀粉帶有正電荷，因此對帶有陰電荷的物質(zhì)有很好的親和性，且結(jié)合后穩(wěn)定性強(qiáng)，不可逆性高，所以改性后的陽離子型淀粉是造紙工業(yè)中非常重要的化學(xué)助劑[3]，應(yīng)用范圍從濕部漿料增強(qiáng)、助留助濾，不斷擴(kuò)展到ASA施膠劑乳化、表面施膠、涂料膠粘劑、層間噴淋等造紙過程，甚至在紙張后加工如膠粘劑以及紙廠污水處理方面的應(yīng)用也越來越多，并對紙張品質(zhì)的提升、廢紙的循環(huán)利用、木材資源的節(jié)約利用及成本的節(jié)降等起到了非常重要的作用[4]。

本文主要探討在新月型衛(wèi)生紙機(jī)上通過添加陽離子淀粉（DS-SCS16），跟蹤在實際生產(chǎn)中的使用效果，驗證是否適用于新月型衛(wèi)生紙機(jī)系統(tǒng)，來達(dá)到改善纖維間結(jié)合力，提高成紙強(qiáng)度，提高濕部留著率，平衡系統(tǒng)電荷，減少漿耗，改善生產(chǎn)運(yùn)行，降低抄造成本的要求。

DS-SCS16是一種陽離子型水溶性淀粉分散液，能以任何比例溶于水，在造紙過程中有很好的助留效果，并且對成紙有一定增強(qiáng)作用。具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品穩(wěn)定性好，使用方便，用量少，相比普通的陽離子淀粉具有更好的應(yīng)用效果。本產(chǎn)品可以省去常規(guī)陽離子淀粉的熬制糊化步驟，簡化工藝過程、降低能耗。

1 陽離子淀粉應(yīng)用情況

1.1 DS-SCS16型號陽離子淀粉物理性質(zhì)

1.2 陽離子淀粉作用機(jī)理

陽離子淀粉是在淀粉葡萄糖單元2,3,6位上的活性羥基被陽離子基團(tuán)（如季銨鹽所含）取代，因此與表面帶負(fù)電荷的纖維具有較強(qiáng)的吸附力，根據(jù)電位理論，紙漿的Zeta電位受化學(xué)品Zeta電位的影響，添加陽離子助劑，會降低紙漿的Zeta負(fù)電位，會產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，將細(xì)小纖維和填料包裹在微絮凝團(tuán)內(nèi)，提高細(xì)小纖維與填料的留著率，同時微絮凝團(tuán)使?jié)癫吭诔尚螘r空隙增大，可以使紙漿打漿度下降，濾水性能改善，脫水加快，節(jié)約能耗[5]。

圖1 季銨型陽離子淀粉分子示意圖

1.3 陽離子淀粉添加點(diǎn)

為了達(dá)到不同的效果，陽離子淀粉的添加位置也不同。為達(dá)到增強(qiáng)作用，陽離子淀粉應(yīng)添加在沖漿泵之前；如果為達(dá)到助留助濾作用，陽離子淀粉應(yīng)添加在沖漿泵與壓力篩之間，如下圖所示。

圖2 陽離子淀粉添加位置與作用示意圖

2 陽離子淀粉使用效果跟蹤

本文中的生產(chǎn)條件為：生產(chǎn)16.0g/m2衛(wèi)生紙原紙，紙機(jī)車速穩(wěn)定在1600m/min。

2.1 紙機(jī)濕部變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h紙機(jī)首程留著率、網(wǎng)下白水濃度數(shù)據(jù)對比，如圖3、圖4所示。

圖3 首程留著率變化情況

圖4 白水濃度變化情況

由圖3、圖4可以看出：添加陽離子淀粉與未添加陽離子淀粉相比，網(wǎng)下白水濃度平均下降約0.01個百分點(diǎn)，首程留著率平均提高約2.4個百分點(diǎn)。由此可見，添加陽離子淀粉可以提高濕部留著率，減少漿耗，降低抄造成本。

2.2 系統(tǒng)電荷變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h紙機(jī)系統(tǒng)電荷數(shù)據(jù)對比如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)電荷變化情況

由圖5可以看出：在系統(tǒng)添加陽離子淀粉后，系統(tǒng)電荷降低約10%左右，陽離子淀粉能夠吸附部分系統(tǒng)陰離子物質(zhì)，平衡系統(tǒng)電荷。

2.3 成紙強(qiáng)度變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h成紙強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比如圖6、圖7所示。

圖6 紙張縱向抗張指數(shù)變化情況

圖7 紙張橫向抗張指數(shù)變化情況

由圖6、圖7可以看出：添加陽離子淀粉后，由于陽離子淀粉對表面帶負(fù)電荷的纖維具有較強(qiáng)的吸附力，系統(tǒng)中纖維間氫鍵數(shù)量增加，使纖維之間的結(jié)合力增強(qiáng)，增加成紙強(qiáng)度。其中，縱向抗張強(qiáng)度提升10%左右，橫向抗張強(qiáng)度提升6%左右。由此可見，添加陽離子淀粉可以改善纖維間結(jié)合力，提高成紙強(qiáng)度。

3 陽離子淀粉最佳使用量的探索

陽離子淀粉添加量從2kg/t紙用量開始，逐步提高到10kg/t紙用量，通過檢測不同用量下的成紙抗張指數(shù)從而找到最佳使用量。

由圖8可以看出：陽離子淀粉添加到系統(tǒng)后，噸紙?zhí)砑恿?～4kg成紙強(qiáng)度指標(biāo)沒有明顯的變化；噸紙?zhí)砑恿吭?～8kg成紙強(qiáng)度指標(biāo)有一定的上升；噸紙?zhí)砑恿吭?～10kg成紙強(qiáng)度指標(biāo)基本穩(wěn)定不再上升。可見陽離子淀粉添加量有一個最佳的范圍，添加量太少效果不明顯，過量添加造成浪費(fèi)的同時可能對系統(tǒng)還有一定的副作用。

4 陽離子淀粉對生產(chǎn)運(yùn)行的影響

通過在系統(tǒng)內(nèi)添加陽離子淀粉發(fā)現(xiàn)，合適的添加量會提高濕部留著率、提高成紙強(qiáng)度和一定程度吸附系統(tǒng)的陰離子物質(zhì)，生產(chǎn)運(yùn)行比較穩(wěn)定，紙機(jī)斷紙減少。但是在探索最佳使用量時發(fā)現(xiàn)，過量的淀粉殘留在系統(tǒng)內(nèi)，隨著封閉循環(huán)時間的延長將造成漿料白水系統(tǒng)紊亂，系統(tǒng)內(nèi)微生物滋生快，從而影響到生產(chǎn)運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量。可見對淀粉用量的控制需要針對不同系統(tǒng)進(jìn)行探索，從而找到最佳使用量，以起到一個良好的作用效果。

5 陽離子淀粉在生活用紙中的應(yīng)用結(jié)論

將陽離子淀粉添加到生活用紙生產(chǎn)中，從紙機(jī)濕部情況、成紙強(qiáng)度、生產(chǎn)運(yùn)行等方面研究其實際應(yīng)用情況。

紙機(jī)系統(tǒng)濕部情況：使用陽離子淀粉后，可以提高濕部留著率，其中，網(wǎng)下白水濃度下降約0.01個百分點(diǎn)，首程留著率提高約2.4個百分點(diǎn)，陽離子淀粉能夠吸附部分系統(tǒng)陰離子物質(zhì)，平衡系統(tǒng)電荷。

成紙強(qiáng)度情況：在添加陽離子淀粉后，可以改善纖維間結(jié)合力，提高成紙強(qiáng)度。其中，縱向抗張強(qiáng)度提升10%左右，橫向抗張強(qiáng)度提升6%左右。

合適的添加量會提高濕部留著率、提高成紙強(qiáng)度和一定程度吸附系統(tǒng)的陰離子物質(zhì)，生產(chǎn)運(yùn)行比較穩(wěn)定，紙機(jī)斷紙減少。

綜上，陽離子淀粉在生活用紙中的應(yīng)用需針對不同紙機(jī)系統(tǒng)環(huán)境，探索出適合的添加工藝，從而優(yōu)化生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)運(yùn)行的同時降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到一個良性生產(chǎn)運(yùn)行效果。