淀粉类表面施胶剂

SouthWestPulpAndPaper2005.Vol.34,No.6 表面施胶是指在纸或纸板的一 面或两面,用特定的设备将制备好 的表面施胶剂均匀地涂布到纸和纸 板表面的一个造纸工艺过程。表面 施胶一般在机内完成,即在纸机干 燥部适当位置装设表面施胶装置, 使纸或纸板在未完全干燥时涂上一 层施胶剂,再经干燥后使其表面形 成一层胶膜。对于含有较多非木材 纤维或二次纤维的纸种来说,要获 得较高的表面强度,印刷适性和纸 页形稳性,必须采用表面施胶。与浆 内施胶比较,表面施胶的特点主要 是通过用具有成膜性的表面施胶 剂,在纸的表面形成连续性的薄膜, 使表面的纤维固着于纸的表面。这 样,就既可能提高纸张的表面强度, 减少在印刷过程中的掉毛掉粉,又 可能提高其书写性和印刷适性。因 此,表面施胶在书写纸、印刷纸、包 装纸方面,往往比浆内施胶重要得 多。表面施胶剂可大致分为淀粉类 表面施胶剂和合成表面施胶剂两大 类。随着对各类淀粉研究的深入,各 种改性的淀粉类表面施胶剂以及淀 粉与其它合成表面施胶剂的配合使 用工艺相继面世,有力的促进了淀 粉类表面施胶剂的应用和发展。 1 用于表面施胶的淀粉的改性 由于天然淀粉糊化流动性、透 明性不甚理想,冷却时易变混浊形 成凝胶,因而限制了天然淀粉的应 用。若在淀粉的结构中引入一些基 团,使之改性,就可大大拓宽其应用 范围。目前我国常用的淀粉类表面 施胶剂是氧化淀粉、磷酸酯淀粉。对 于比较低的质量要求,一般可以单 独使用氧化淀粉。到了上世纪80年 代,磷酸酯淀粉开始受到了造纸工 作者的重视。现在阳离子淀粉和羟 丙基淀粉等改性淀粉作为表面施胶 淀粉又受到了广泛的关注。 1.1 羟丙基淀粉 淀粉与环氧丙烷在碱性条件下 的醚化产物,最终产物为乳白色干 粉,典型结构为: 分子式1 淀粉经羟丙基化后,由于引入 了刚性较强的羟丙基侧链,因而可 以削弱淀粉分子间以氢键结合的作 用力,提高淀粉对水的亲和力,使淀 粉易于溶胀和糊化[1],另外还可有 效防止淀粉糊老化。 羟丙基淀粉糊化容易,糊液透 明度高,流动性好,凝沉性弱,保水 性和贮藏稳定性、冻融稳定性、方向 性都大大优于原淀粉[2]。另外,它的 糊化液成膜性好,柔韧和平滑、耐折 性好,因此羟丙基淀粉适合用作表 面施胶。表面施胶时,由于羟丙基淀 粉的独特性质,能有效地改善纸张 的物理指标、提高纸张的表面强度, 具有良好的手感、纸张平滑度以及 较小的两面平滑差,大大改善纸张 掉毛、掉粉等纸病;同时可以有效的 改善油墨吸收性能,特别是提高纸 张的印刷光泽度,使印刷产品鲜亮, 减少墨耗。 1.2 阳离子氧化淀粉 阳离子淀粉最初是作为纸浆的 湿部助剂,主要的作用是助留助滤 和增强,特别是当中性施胶成为造 纸浆内施胶的主流技术,而且 AKD 得到广泛的使用时,作为AKD的理 想助留剂[3],阳离子淀粉更是成为 了造纸业界研究和开发的热点。除 了以上用途外,将氧化淀粉进一步 阳离子化后,它也作为一种优良的 表面施胶剂。而且这种阳离子淀粉 的制备工艺简单,条件温和,适合于 在造纸厂自行制备,其工艺流程如 图1[4]. 图1 工艺 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 经此流程生产出的淀粉既具有 氧化淀粉的特性,又因为其阳离子 性而易于在表面施胶时与成电负性 的纸张纤维以及填料的结合,因而 更加有效的提高了纸张的表面强 度,或在纸张表面强度不变的情况 下,增加浆内填料的用量,达到提高 产量节约成本的目的。已经有造纸 厂应用这种工艺流程,并取得了良 好的经济效益。 2 淀粉类表面施胶剂与合成表面 贾君花(山东太阳纸业股份有限公司质量处,山东 兖州272100) 中图分类号:TS727+.5 文献标识码:B 实用 技术PracticalTechnology淀粉类表面施胶剂 实用 技术PracticalTechnology 淀粉类表面施胶剂 39 西南造纸 2005年34卷第6期 施胶的配合使用 由于淀粉类表面施胶剂成本 低,而合成表面施胶剂往往具有更 加优良的性能,所以在生产上常常 是将两者配合使用,以发挥各自的 优点。 2.1 淀粉与聚乙烯醇(PVA)的配合 聚乙烯醇具有优良的成膜性 能[5],与淀粉配合作为表面施胶剂 经常用在颜料涂布纸如铜版纸的背 涂工序,当然它们也可以作为常规 的表面施胶剂使用。然而,由于聚乙 烯醇的价格较高,所以在生产中要 根据产品的具体要求合理控制其配 比。由于它是一种热塑性树脂,泡沫 多,易结皮,在施胶液中可能与淀粉 形成细小凝胶,促进胶液在纸面形 成积聚物,并有可能与烘缸发生热 粘附,甚至经压光后还会产生半透 明点。现在,淀粉与聚乙烯醇作为表 面施胶剂只在一些小型纸厂还有些 应用。 2.2 淀粉与羧甲基纤维素(CMC) 配合 与 PVA相比,羧甲基纤维素 (CMC)用作表面施胶剂具有更高的 优越性。CMC一般粘度在 30～700 mPa·s,取代度在0.70～0.85时,比较 适合用作表面施胶剂[6],它具有优 秀的成膜性和整膜转移性能,能在 纸或纸板表面形成很好的封闭性和 抗油性。由于变性淀粉的成膜性差, 不可能在纸张表面形成连续完整的 膜,且会在纸张表面形成“积聚物” 而堵塞孔隙,致使印刷时产生斑点, 因此,淀粉与 CMC配合后,可以在 很大程度上克服这种缺点。CMC具 有很好的分散性,它可以将其他胶 料粒子充分分散而形成均一和稳定 的体系,并能在一定时期内有效延 缓其它胶体粒子因陈化而产生的凝 聚沉淀。如果采用适量配有CMC的 胶料进行表面施胶,可以在纸张表 面形成一层连续完整而柔韧的薄 膜,这层膜具有较好的调湿功能,可 以防止纸或纸板在印刷过程中的翘 曲形变并消除套印时的尺寸误差。 由于CMC出色的粘结能力,加强了 纸或板纸表面纤维与纤维之间、纤 维与填料之间的结合,从而有效地 提高了纸张的表面强度。而且使纸 (板)表面获得很好的油墨接受性, 提高了纸张的光泽度,使印刷出来 的文字图像既光泽靓丽[7],又能减 少墨耗。在欧洲,专家们公认 CMC 是最优秀的表面施胶剂之一,也获 得了广泛的应用,尤其是在高级胶 版纸和高级白卡纸生产中。我国造 纸业界对CMC的认识历史尚短,应 用面虽然也在迅速扩大,但主要还 是侧重在作为涂料保水剂方面。在 作为表面施胶剂和浆内添加剂方 面,近年来也有了很好的开端,并已 在很多纸厂产生了很好的社会效益 和经济效益。 2.3 淀粉与氟丙烯基系高分子化 合物配合 由于氟丙烯基系化合物具有热 塑性,所以它会通过延续的伸展在 因收缩而发生局部断裂的淀粉膜间 起到桥梁的作用,从而保证连续的 薄膜完全覆盖纸面[8]。同时,可以减 少浆内施胶剂的用量,使得纸张的 吸收性和渗透性得以改善,随着胶 液膜在纸张表面的迁移,氟丙烯基 系化合物的粒子会快速渗透入纸 幅,获得类似于浆内施胶的施胶性 能。氟丙烯基系高分子化合物与氧 化淀粉配合进行施胶,可以改善纸 张表面拉毛性能及适印性;同时部 分替代浆内施胶剂,可以使纸张物 理强度适度提高,抗老化性能加强。 而且,经过工厂的生产实践证明,这 样的表面施胶还可以使白水封闭循 环系统中的阴离子基团的浓度明显 降低,白水更新量可相对减少15%～ 25%. 3 结论 随着现代造纸和印刷技术的发 展,造纸表面施胶已经不仅是为了 保证产品质量和降低产品成本的需 要[9],它已经成为提高纸张性能,赋予 纸张特殊功能的必要的工艺手段[10], 并日益成为造纸业界研究和关注的 焦点。作为最典型的表面施胶剂的 淀粉虽然有其性能上的缺点,但由 于它的价格优势以及与其它合成表 面施胶剂和相关的造纸助剂配合使 用后所表现出来的良好的使用效 果,使淀粉仍然是现在最重要的表 面施胶剂。而且随着技术的发展,以 及对淀粉的改性研究的深入,淀粉 将在造纸表面施胶工艺中发挥越来 越大的作用。 参考文献 [1] 张友松.变性淀粉生产与应用手册.中国 轻工业出版社,1999, [2] 姚献平,郑丽萍.淀粉衍生物及其在造纸 中的应用技术.北京:中国轻工业出版社, 1999, [3] 劳嘉葆.湿部添加剂对 AKD留着及反应 效率的影响.造纸化学品,2003,(2): [4] 孙泽海,陈新爱,汤海波.表面施胶淀粉的 制备与应用.造纸化学品,1996,(1): [5] 侯光英.低粘度聚乙烯醇(0388PVA)用于 纸张涂布与表面施胶的试验.四川造纸, 1994,(3): [6] 尹继明,周伟明.CMC在表面施胶工艺中 的应用技术.造纸化学品,2002,(2): [7] 莫立焕,陈克复,杨仁党,方观瑞.羧甲基 纤维素钠对纸和纸板的表面施胶试验.纸 和造纸,2002,(4): [8] 韩克青,马雷明,毛祥学.氟丙烯基系化合 物与表面施胶.湖南造纸,2002,(4): [9] 张国运.表面施胶的作用及影响因素.天 津造纸,2003,(2): [10] 常红.现代表面施胶.天津造纸,1996, (4): PracticalTechnology 实用 技术 淀粉类表面施胶剂 40