变性淀粉及其在造纸中的应用

张新元 中国造纸开发公司 北京（100000）

本文对变性淀粉的种类、应用机理进行了详尽的介绍和论述；对各种变性淀粉在制浆造纸生产中的应用及应注意的问题进行了具体的阐述和说明。

1 变性淀粉及其种类

1.1 概述

目前世界淀粉年产量己达2000多万吨，直接对淀粉进行变性处理所得的产品己有2000多种，欧美国家走在前面。广泛用于造纸、食品、纺织、医药、铸造、建筑、农业、化工、油田和选矿等.其中造纸工业占的量最大，见表1。

表1淀粉及其衍生物的应用比例 单位：%

变性淀粉是造纸工业的重要化学品。在造纸精细化学品中，以质量计变性淀粉占80%~90%；若以造纸原料消耗计，它居纤维、填料后的第3位。

在淀粉原料的选择上，一般根据各国的国情和应用的需要来决定。如美国，主要选用玉米淀粉，荷兰主要选用马铃薯淀粉，泰国以木薯淀粉为主，中国以玉米淀粉为主，约占80%,其次是木薯淀粉，约占14%，玉米、马铃薯、木薯淀粉都可以深加工成各种变性淀粉。

变性淀粉对造纸行业具有明显的经济和社会效益，如：

(1)能明显提高纸张的各种物理强度，提高质量和档次，降低木浆配比。

(2)能提高细小纤维、填料的留着，提高成纸的灰分、白度和不透明度，同时还可节约能耗，减少湿部断头，减轻纸厂三废污染等。

(3)能改善施胶效果，节约施胶剂用量,尤其可作为中性抄纸的配套助剂。

(4)能明显改善印刷适性，使印刷时不易断头、掉毛、掉粉和糊版，并增加对油墨的吸附能力，使色彩鲜艳，字迹清晰等。

(5)还可代替价格昂贵的合成树脂、干酪素等作为表面施胶和涂布粘合剂，能明显降低涂布加工纸的生产成本。

(6)变性淀粉还可作为纸制品的粘合剂，如纸箱、纸管的粘合剂等。具有粘结力强，成本低，对环境污染轻等特点。

造纸淀粉若按其使用方法分，可分为四大类：浆内添加淀粉、喷雾淀粉（层间增强为主）、表面施胶淀粉和涂布淀粉。可以说，变性淀粉几乎适用于造纸的全过程。各品种.变性淀粉在造纸中的应用比例见表2。

表2各类变性淀粉在造纸中所占的应用比例

1.2 造纸上常用的变性淀粉及其主要性能特征

变性淀粉的品种牌号很多，在造纸上常用的，若按离子特性分有下列5类：

阴离子变性淀粉：氧化淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉等；

阳离子变性淀粉：叔胺型、季铵型等；

两性及多元变性淀粉；

非离子变性淀粉：羟丙基淀粉、羟乙基淀粉等；

其他变性淀粉：接枝淀粉、复合变性淀粉等。

1.2.1 阴离子淀粉

(1)氧化淀粉

采用不同的氧化工艺、氧化剂和原淀粉可以制成性能各异、牌号不同的氧化淀粉。如采用高碘酸氧化可制得对纸张既有干强又有湿强作用的双醛淀粉。而采用双氧水、过乙酸、高锰酸钾、过 硫酸及次氯酸钠等氧化剂则可制得价格比较低的普通型氧化淀粉。目前多数生产厂采用次氯酸钠氧化剂。淀粉经氧化作用引起解聚，结果产生低粘度分散体并引进羰基和羧基，使其链淀粉的凝沉趋向减少而糊液粘度稳定性增加。与原淀粉比较，氧化淀粉的物化性能发生了较大的变化。

在造纸工业上，氧化淀粉主要用作涂布粘合剂和表面施胶剂。由于氧化淀粉色白，糊液稳定性好，粘度低，凝沉性弱，粘合力强，成膜性好，且价格便宜，很受造纸行业的欢迎。根据造纸上的不同要求，可控制氧化深度制得不同粘度的系列产品。还可与聚乙烯醇（PVA)等化工原料复配 进行表面施胶，增加成膜性，提高纸张表面的平滑度和强度。但另一方面.氧化淀粉带有羰基和羧基呈弱阴性，且与纸浆中的铝离子络合能力差，与纤维结合力也差，故一般不用作湿部添加剂。另外值得注意的是，用氧化淀粉表面施胶或涂布过的纸在损纸回用时，由于氧化淀粉在纤维上的留着率低，大部分会游离在纸浆中，易改变纸浆中的Zeta电位，使纸浆负电位增加，从而影响填料和细小纤维的留着和增加白水浓度。因此在高档纸的表面施胶中，氧化淀粉己逐步为阳离子淀粉及其他本身留着率高的淀粉所代替。

(2)磷酸酯淀粉

淀粉与磷酸盐反应制得磷酸酯淀粉，即使很低的取代度也能明显地改变原淀粉的性质。在造纸上所用的磷酸酯淀粉一般 为磷酸单酯淀粉，取代度为0.01~0.07。

磷酸酯淀粉是最重要的造纸用淀粉衍生物之一。磷酸酯淀粉在造纸上主要用作助留、助滤剂和增强剂。经特殊工艺加工处理的.还可用作涂布胶粘剂和层间增强剂。

(3)羧甲基淀粉

羧甲基淀粉(CarboxylMethyStarch,简称（CMS）,是淀粉在：碱性条件下与一氯乙酸或其钠盐起醚化反应制得的。随着取代度的增加，产品胶化温度下降，在较高取代度时，冷水可溶。工业生产主要为低取代度产品。

由于CMS胶液透明、细腻，粘度高，粘接力大，流动性、溶解性好，且有较好的乳化性、稳 定性和渗透性，不易腐败霉变。在造纸上用作湿部添加为主，作为纸张增强剂。低取代度、低粘度产品可用作表面施胶剂，并能与PVC合用形成抗油性及水不溶性的薄膜。

1.2.2 阳离子淀粉

阳离子淀粉的品种很多，通常.分为4类：①叔胺烷基醚；②季铵类烷基醚；③仲或伯胺烷基 醚；④杂类(如亚胺等淀粉醚）。目前新的阳离子淀粉醚仍在继续发展，但叔胺、季铵烷基醚淀粉仍是主要的阳离子淀粉。由于季铵烷基醚淀粉，无论在酸性还是碱性条件下均呈阳离子性，特规 适用中、碱性条件下抄纸，故在中性抄纸技术迅速发展的今天，季铵型阳离子淀已成为不可缺少的造纸助剂，也是目前使用范围最广、用量最大的一种变性淀粉。

造纸上所用的阳离子淀粉，其取代度一般为0.01~0.07,主要用作湿部添加的助留、助滤和增强剂。高取代度的季铵型阳离子淀粉是中性施胶剂AKD、ASA的有效配套助剂，不同取代度的阳离子淀粉，在湿部可分别用作增强剂、助留剂、助滤剂，由于应用效果明显，是造纸行业应用最广泛的变性淀粉。经特殊加工处理的阳离子淀粉用于高档纸的表面施胶和涂布。由于增加了纸张表面的阳电荷，提高了印刷适性，使印刷字迹清晰，减少掉毛掉粉。

1.2.3两性及多元变性淀粉

两性淀粉是指在同一淀粉分子中既接上阳离子基团又接上阴离子基团的变性淀粉。而多元变性淀粉是指在两性淀粉的基础上再接上一个以上反应基团的产品。它们是近几年发展起来的新型改性淀粉，综合运用了阴、阳、非离子淀粉的改性技术，使其应用效果更突出。制备技术的关键是选择合适的改性剂及不同离子基团的摩尔配比，并要防止阴、阳离子试剂间的相互作用。

两性及多元变性淀粉主要用作造纸湿部添加，起增强、助留、助滤等作用。尤其对含杂离子较多的草类纤维、二次纤维及含木素较多的磨木浆等均具有良好的应用效果。但因制备工艺复杂、难度大而售价较高。

1.2.4非离子淀粉

非离子淀粉主要为羟烷基淀粉，是由淀粉在碱性水溶液中与环氧乙烷或环氧丙烷反应而成。 由于环氧乙烷沸点低（10.7℃),易挥发，与空气混合又可能引起爆炸，故目前在造纸上倾向于选用羟丙基淀粉。在造纸上主要用于表面施胶，具有成膜性好，表面强度高等优点。国外羟烷基淀粉已形成系列产品，荷兰AVEbe公司羟烷基淀粉用于造纸的就有9个牌号，仅次于阳离子淀粉。 近几年还开拓了其他领域的应用。国内对羟烷基淀粉的研究开发单位尚不多，在纸上的推广应用也就更少。

1.2.5其他变性淀粉

造纸用变性淀粉品种系列很多，除上述系列品种外，用量较大的还有酸变性、酶变性.糊精 等降解系列，以及交联淀粉、接枝共聚淀粉、醋酸酯淀粉、黄原酸脂淀粉、复合变性淀粉等。因 目前还用得不多，故不作详细介绍。

2 变性淀粉的应用机理及技术

2.1 湿部应用的机理及技术

湿部化学是造纸工艺中的专用名词，通常用以描述造纸工艺过程中各个不同组分间的相互影响。造纸湿部化学是一个极其复杂的体系,含有众多的组分，如纤维中含有的树脂成分，制浆时 化学品的残余成分及填料、施胶剂等化学添加剂。另外，水质中含有杂离子、微生物等等。凡此种种无不影响着纸机抄造性能和纸的质量。在我国由于以草浆、废纸浆等为造纸的主要原料，造纸湿部化学体系比国外发达国家以木浆为主要造纸原料的情形还要来得复杂。

然而，经过多年的探索实践，人们已从这复杂的造纸湿部化学体系中找到一条规律：即纸机的抄造性能及纸的质量与湿部的电位密切相关。通过控制造纸湿部的Zeta电位，可以大致控制湿部化学组分的平衡，从而可以提高纸机抄造性能和纸张的质量。实验还表明，通过添加改性淀粉等化学添加剂，可以优化湿部化学，有效地控制湿部Zeta电位。

2.1.1变性淀粉的湿部作用机理

纸浆纤维带负电荷，大多数填料也带负电荷。根据电位理论，在固液界面处形成一电层，一层是邻近固体表面的薄离子层称为固定层，又称为斯特恩（Stern)层。固定层能牢固地吸附在纤 维表面上，在Zeta电位仪的电泳池中，带阴电荷的离子朝阳极运动，带阳电荷的粒子向阴极运动，运动的速度取决于电泳的强度。另一层为扩散层，与固定层不同，扩散层在Zeta电位仪的电泳池中，不能紧随着固体粒子向电极运动。

当在纸浆中添加阳离子淀粉或其他的阳离子型助剂时，因受静电引力的作用，可以进入固体 粒子的固定层，使带负电荷的固体粒子的电位下降，甚至逆转。许多纸厂在添加了阳离子的淀粉后，纸浆的负电位明显下降了，使氢键和范德华吸力加强，从而改善了纸张物理强度和细小纤维、填料的留着率。

事实证明，纸浆的Zeta电位受化学品Zeta电位的影响，添加的阳离子助剂越多，Zeta电位的下降值也越大。大多数阳离子助剂一旦被纤维吸附就很难用纯水洗去。也就是说，其自身的留着率极高。下面进一步谈谈主要变性淀粉的湿部应用机理。(1)阳离子淀粉的湿部作用机理

图1阳离子淀粉的湿部作用机理示意图

阳离子淀粉是最重要的造纸湿部添加剂，其分子结构与纤维素分子的结构相似，都是由葡萄糖基组成的。由于它带有阳电荷，极易与带阴电荷的纤维、填料等靠静电引力相互吸附，降低纸浆的Zeta负电位，并会产生絮凝现象。这种絮凝作用能将细小纤维和填料包裹在微絮凝团内，提高细小纤维与填料的留着率。同时微絮凝团使湿部在成形时空隙增大，可以使纸浆打浆度下降，滤水性改善，脱水加快，降低能耗。由于这种絮凝团是在瞬间形成的，故很脆弱，在剪切作用下会分解成微絮凝，大大降低细小纤维和填料的留着率，降低助滤作用，但却增加了与纤维间的均匀接触.使增强作用增加。絮凝作用的强弱，与阳离子淀粉的取代度、添加量和加入时间密切相关。一般，取代度越高，添加量越大，加入时间越短，絮凝作用就越强。这点，纸厂可通过检测纸浆打浆度的下降值或与填料的絮凝情况来分析判断其阳离子性的强弱和对填料的助留效果。在其他条件均相同的情况下，高取代度的阳离子淀粉所产生的絮凝体积大于低取代度所产生的絮凝体积，结果既直观又说明问题。

(2)阴离子淀粉的湿部作用机理

阴离子淀粉由于本身带阴电荷，无法直接与带阴电荷的纤维、填料互相吸附，因此至少需要1%的明矾作为“架桥剂”。

图2阴离子变性淀粉的湿部作用机理

(3)多元变性淀粉的湿部作用机理

多元变性淀粉由于在同一淀粉分子中接有阳离子、阴离子和非离子基团，故不必依赖于明矾中的铝离子而直接与纤维、填料发生吸附作用。淀粉分子中的阴离子基团能通过铝离子的“架桥”作用与纤维、填料结合。还能电性排斥体系中的杂阴电荷，对分子中的阳离子基团起保护作用。 同时还对带阴电荷的纤维、填料起分散作用，使其避免过分絮凝。分子中的非离子基团还能起增效作用，具有更优异的增强和助留、助滤等效果。多元变性淀粉本身的Zeta电位基本上呈中性，-般不会对原造纸湿部体系的电位产生影响，使其适用性广、应用条件宽。

图3多元变性淀粉的湿部作用机理

2.1.2湿部主要应用技术

(1)湿部用变性淀粉的品种及其功效

作为湿部添加变性淀粉主要为阳离子淀粉、阴离子磷酸酯淀粉、两性和多元变性淀粉及某些接枝共聚淀粉等。而氧化淀粉、酸变性淀粉、酶转化淀粉和一些非离子型变性淀粉，由于与纤维的结合力差，在纸上的留着率低，一般极少用作湿部添加，而被广泛地用作表面施胶和涂布粘合。

湿部淀粉主要用来提高纸张的物理强度，提高细小纤维和填料的留着率，提高滤水性能，改善施胶效果等。

(2)品种的选用

造纸用变性淀粉品种系列很多，每个系列又有众多的品种牌号，目前我国大多数纸厂还没有完全了解，加上制造厂家与用户的相互沟通不够，在选用何种牌号的产品更适用于本厂的要求时.往往感到困惑。

市售的阳离子淀粉目前主要为季铵型和叔胺型两大类。叔胺型只适用于酸性抄纸，在中性或碱性条件下，其阳离子性将失去，从而使应用效果大大降低。而季铵型阳离子淀粉却适用于广泛的pH范围（pH4-9)。值得提醒的是，虽然阳离子淀粉自身 的Zeta电位与其取代度(DS)密切相关，一般DS越高，其Zeta电位值也越高，反之亦同。但当其pHffgt;7时，Zeta电位会受到溶剂效应的影响（pH越高，影响越大），在pHffgt;9时，其Zeta电位值将明显下降。

阳离子淀粉的主要质量指标为取代度，即每摩尔失水葡萄糖单元所取代的阳离子变性基团的 摩尔数，通常用凯氏定氮法测定，所测的含氮量（%),应除去原淀粉的含氮量。造纸上所用的阳离子取代度范围通常为0.01-0.07。不同的取代度，物化性能之间差距很大。一般，取代度越高，胶化温度越低，粘度越大，透明性、稳定性、Zeta电位也随之增加。当DS达0.07时，冷水可溶。不同取代度的阳离子淀粉在造纸上的应用一般具有下列规律：

(3)糊化方法

除预胶化淀粉外，一般的变性淀粉均要事先糊化处理。预糊化淀粉由于可将干粉直接投入到浆池中使用，纸厂应用很方便，但预糊化淀粉的制备成本高、售价贵，容易在造纸过程中来不及溶胀开来，形成“鱼眼”，影响使用效果。目前国内外大多数纸厂还是采用自己糊化的方法。

变性淀粉的糊化，一般先用冷水分散开来，搅拌速度约60r/min(若转速太高易剪切淀粉链而 影响使用效果）。升温至90-95℃后，保温15-20min。升至这么高的温度，还需保温的目的是为了使淀粉结晶粒子充分溶胀，使分子充分舒展开来。若糊化不完全，非但不能起到预期的效果，还容易引起粘缸粘网等造纸障碍。糊化的浓度通常为50g/L,某些低粘度的淀粉，糊化浓度可高达100g/L以上。糊化好的胶液在添加时应进行稀释，靠近流浆箱部位添加的淀粉，稀释浓度为10g/L以下，以保证与纤维的均匀接触。若浓度过高，上网时间过短，容易造成局部过分絮凝，影响纸张的匀度，破坏纸的质量，严重的还可产生粘缸粘网等现象。

2.1.3助留、助滤应用技术

从助留、助滤的絮凝机理可知：既要保持适当的絮凝以提高助留、助滤效果.又要避免过分 絮凝以保持纸页的强度和匀度，这是助留、助滤应用技术的关键。

a.首先要选好的助留、助滤的品种牌号

以阳离子淀粉为例，最好选用高取代度的阳离子淀粉，取代度越高，对纸浆的絮凝作用越强。 在酸性抄纸中，也可选用阴离子磷酸酯淀粉，中性抄纸应选用季铵型高取代度的阳离子淀粉或其他专用型变性淀粉.

b.添加量

应根据各纸厂的实际情况，在正式应用前先试验一下最佳的添加量，在此添加量下，既能明显提高助留助滤效果，又不影响纸张的物理强度和匀度。高取代度的阳离子淀粉的添加量一般为0.25%-1%。

c.添加浓度

一般≤1%(基于干淀粉质量），薄型纸约为0.5%,若ffgt;1%极易造成过分絮凝，影响纸的匀度和强度。

d.添加地点

一般选择靠近流浆箱部位，高位箱是比较理想的添加地点，其次还有如沉沙沟，旋翼.筛进出口处，这要视各厂的实际情况而定，越靠近网部，助留、助滤效果越好，但对纸页匀度和强度的影响也越大。因此，选择最佳的添加地点尤其重要。

e.添加方法

一股采用连续计量添加。若想以提高灰分为主要目的，可与填料混匀后添加，使淀粉主要作用于填料；若要同时提高细小纤维和填料的留着,淀粉可直接加入含有填料的纸浆中；若以提高 细小纤维为主，可在填料加入之前添加。由于许多纸厂填料的加入部位是不一样的，各厂应根据本厂的实际要求确定添加方法。

在增加助留助滤效果的同时，多数纸厂还希望提高纸张的强度，然而增强和助留是一对矛盾，一般助留效果明显，增强效果下降，反之也一样，若要在助留、助滤较满意的同时，提高强度指标，一般可采用下列方法：

① 向打浆方向移动添加位置，以适当减少絮凝，增加淀粉与纤维的接触匀度：

② 增大添加量：

③ 分两处添加或采用复配共用技术；

④ 在灰分明显提高的同时，适当减少填料的加入量。

f.注意观察现象

① 打浆度下降，网上水线前移，纸面易干。说明有明显的助滤效果，可调节蒸汽用量或提高 车速，起到节能增产的效果。

② 定量增加，白水浓度下降。说明有明显的助留效果，可将浆门关小，若灰分过高，强度下 降，可调节填料加入量。

③ 白度、不透明度改善。若白度不变或略有下降，可能是助剂与增白剂相互作用之故，应检查它们的添加程序，尽可能分开添加，以减少淀粉与增白剂之间的相互作用。

④ 施胶度改善。可以减少松香、矾土的用量，这不但可降低造纸成本，还可以提高增强效果。 另外还有内结合强度和表面强度的改善，抄造率提高，浆耗下降等等，

2.1.4作为增强的应用技术

根据增强机理，其应用关键是要使淀粉分子与纤维保持均匀接触，同时也要尽可能避免强剪切作用的影响。

a.选好增强剂的品种牌号很重要

阳离子淀粉应选用中低取代度的品种牌号，阴离子磷酸酯淀粉只适用于酸性抄纸体系（即至少应含有1%的明矾）。多元变性淀粉（如草木浆增强剂HC-3k），适用面广，对草浆、木浆、竹浆、废纸浆等均具有明显的增强效果。

b.添加量

一般为1%~2.5%。不同浆料、纸机条件，有不同的添加量与增强效果曲线，故在正式应用前纸厂应找出最佳添加量。c.添加地点：

靠近打浆部位添加，以保证淀粉与纤维、填料之间的紧密接触。较理想的添加地点是浆池。 添加顺序：一般阳离子淀粉要在明矾之前添加，而多元变性或阴离子磷酸酯淀粉在明矾前后均可以添加。

d.添加浓度：一般为10-20g/L。

e.添加方法：可根据纸厂实际情况采取连续添加，或在浆池一次性加入。

2.2 层间喷雾机理及技术

喷雾淀粉是20世纪70年代初才发展起来的，但增长速度很快，以德国为例，喷雾淀粉在造纸淀粉总用量中约占5.5%。

喷雾淀粉最初是为提高多层纸板的层间结合力而开发的。但近年来发展特别迅速，在应用纸种上已不再局限于纸板，已开始扩大到厚纸中；在应用目的上已不再局限于提高层间结合力，还广泛用来提高挺度、环压强度及表面强度。德刊发表的文章认为：纸张强度的提高幅度明显地取决于添加变性淀粉的方法。应用结果证明，采用喷雾淀粉及其应用技术，是提高纸板、厚纸的挺 度、环压强度和层间结合强度的最有效方法。目前，日本、芬兰、德国、加拿大等国均已在白纸板及普通纸板中使用喷雾淀粉。

与湿部添加技术对比，淀粉喷雾虽不具备对细小纤维与填料的助留、助滤作用，但其增强效 果绝不亚于浆内添加，尤其对于杂离子含量较高的纸浆(如磨木浆、废纸浆、草浆等），其增强效果明显优于湿部添加，且喷雾淀粉比浆内添加淀粉有更高的留着率。虽在改善 纸和纸板表面性能等方面不及表面施胶，但在提高纸张内结合力方面，却强于表面施胶，而且它不需要施胶压榨后的干燥工段，这对于没有施胶压榨的纸机尤其适用。

在提高纸板和厚纸挺度、环压强度层间结合强度方面，淀粉喷雾技术，更是一种行之有效 的方法，是湿部添加与表面施胶所无法达到的。当然，如果将湿部添加、淀粉喷雾以及表面施胶 等结合起来，互相取长补短，就能取得更理想的效果，这也是目前造纸发达国家常用的技术。

2.2.1 应用机理及性能要求

所谓喷雾淀粉，就是利用喷雾的方法进行添加的淀粉。其应用机理是：当纸和纸板在纸机湿部成形时，把淀粉颗粒分散在水中形成一种悬浮浆状物喷在厚纸或纸板上，淀粉颗粒被纤维构成的纸页裹住，随后在烘缸处获得热量而胶凝化，这个喷雾系统的建立可使淀粉在纸页的整个厚度上均匀分布，或者根据需要限定大部分淀粉分布在纸页的一侧，或者喷雾在多层板纸的层间复合处，如图4,起层间增强作用。

图4层间喷雾方式

2.2.2 喷雾工艺技术

喷雾淀粉先用冷水在搅拌下调成一定浓度的悬浮液。悬浮液经过120目筛过滤后经过增压计量泵和喷雾装置，喷雾到纸板上。淀粉液的浓度、喷雾流量及纸机车速决定喷雾淀粉的添加量，不同的质量要求和纸机条件，可选择不同的添加量，不同的喷雾点、喷雾压力、喷雾状态、喷雾距离等均会影响应用效果，而这些正是应用的关键技术。经过努力，我国已对不同纸种（如白纸板、牛皮箱纸板、白卡纸、瓦楞纸）、不同的纸机（长网、长圆网、多圆网）、不 同的质量要求(层间结合力、表面强度、挺度等)取得了许多成功的应用经验。

2.2.3 喷雾方法

喷雾装置一般由淀粉浆制备系统、喷管系统和排液泵组成。

一般采用低压-无空气法，它是通过压力控制来达到均匀喷雾的目的，压力控制在196-392kPa之间（一般为294kPa)。若低于196kPa,则雾化差；若高于392kPa,则会破坏纸的成形。

喷嘴可以是圆的，也可以是扁的。喷嘴直径一般在1~1.5mm之间，体积流量为0.8-1.2L/min。一般长网纸机可选用圆喷嘴，圆网纸机的层间喷雾用扁平的喷嘴，但这并不是绝对的。 喷嘴间的排列间距为120~160mm。喷嘴与网之间的距离视喷雾覆盖纸面状况而定，通常为250mm左右。为使雾点在纸面上均匀分布，一般要求多元交叉覆盖。为了减少雾化淀粉的损失及保护喷雾均匀，可以适当调节喷嘴及喷管的角度。 .

2.2.4 喷雾地点

淀粉的喷雾点随纸机的条件及应用目的不同而不一样。对于长网纸机、圆网纸机以及长、圆网联合纸机，典型的添加地点如图5。

2.2.5喷雾量

淀粉喷雾量的多少是根据实际需要确定的，一般lg/m2左右。在纸机条件一定时，一般通过淀粉浆浓度来进行调整，淀粉浆的浓度一般控制在10-100g/L之间，作为层间增强时，用量可 以低一些(浆浓度约20g/L左右），若作为提高内结合强度或表面强度时，用量适当高一些，若提高挺度，浆浓度应更高一些。

目前国内已有许多造纸厂都已采用了淀粉喷雾技术（如上海、浙江、山东、福建、四川、广东、江苏、安徽等省、市，许多大、中纸厂均采用了）纸种有白纸板、瓦楞纸、牛皮箱纸板、仿水泥 袋纸等：有的用于提高层间结合力，有的用来提高挺度和环压强度，取得了明显的经济效益及社会效益。

2.3 表面施胶中的应用技术

所谓表面施胶，就是把施胶剂施加到纸的表面，使纤维与纸体粘接，并在纸面上附着一层近乎连续薄膜的方法。造纸工业上使用的主要施胶剂是变性淀粉。其他的施胶剂有羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、藻朊酸盐、石蜡、硬脂酸/氯化铬络合物、铬二氟化物.、烷基烯酮二聚体(AKD)、硅酮树脂、苯乙烯共聚物等。施胶有多重含义，不只是增加纸页的抗水 性，在大多数情况下，是为了增加纸页的表面强度，并获得良好的施胶性能。此外还能提高耐破度、耐折度、抗张力、平压强度、抗分层强度、环压强度等纸张物理强度指标，有些表面施胶剂还能赋予纸张抗碱抗酸等特性。

图5喷雾淀粉的使用地点

2.3.1 淀粉表面施胶施胶方式

通常所说的表面施胶，大多就是指施胶压榨。施胶压榨是指纸幅在刚要进入压辊间压区之前先通过一胶料塘，借此施胶剂被施加到纸的表面，然后纸幅通过压辊，使胶料压入纸内，并从纸 面除去过量胶料的一种表面施胶方法。施胶压榨有竖式、卧式及斜式以及喷雾施胶、共用技术施胶等方式。

(1)竖式施胶压榨方式

竖式施胶压榨由一个胶辊安装在另一个胶辊顶上的两个辊所组成，顶辊常用一硬橡胶覆面，而底辊则用软橡胶覆面，纸页在能控制张力的张力辊牵引下进入压区。

进入压区的角度通常与水平成25°,胶液喷洒到纸的两面，胶盒常用来收集过剩的胶液，有时也用来提供底辊的胶液，见图6。

图6竖式施胶压榨

竖式施胶压榨的缺点是纸页不得不承受来自顶部胶液的重量，有时还可能在纸页上形成胶 液“池”，纸页的张力控制以及要使纸页两面拾取等量的胶液都有一定的困难。

(2)卧式施胶压榨方式

两个胶辊是并排放置的，纸页垂直进入，由于纸页将优先附着硬辊，硬辊通常放在前面，与竖式施胶压榨对比，卧式施胶压榨在纸页通过时不会产生摇摆运动，胶液也不会在纸页上形成 胶池，因而只需要较少的张力，几乎不会发生断裂现象。

图7卧式施胶压榨

胶液进入压区，胶池深度可以通过安装在胶辊末端的挡板来控制，并使纸页两边相等。

卧式施胶压榨克服了竖式施胶压榨的不少缺点，但存在压榨后纸页必需回旋90°的问题，而这可能导致纸页起皱，正是这个原因，压榨后一定要安装弧面舒展辊。

(3)斜式施胶压榨方式

是在竖式与卧式基础上发展起来的，在斜式施胶压榨中，压榨辊与水平成约30°安装(硬辊在 前且比软辊高），因而在压榨后纸页不必大角度旋转如图8。

图8斜式施胶压榨

(4)采用共用技术施胶

共用技术在表面施胶中占有重要的地位，通过共用技术不仅可以提高表面施胶的功效，还能赋予纸张许多独特的性能，如：

① 欲提高纸张的抗水性，可以将淀粉与尿醛树脂(UF)等共用，一般淀粉蒸煮的浓度约为12%,冷却到约60℃，加入浆状UF树脂，树脂用量约为淀粉的10%-20%。

② 欲想进一步提高纸张的强度和抗油性，可以将淀粉与聚乙烯醇（PVA)共用。PVA可以弥补淀粉在强度和抗油性方面的不足。反过来，淀粉又解决了PVA粘度大、易起泡、价格贵等问题。

③ 欲想提高白度、不透明度和平滑度，可以在淀粉胶液中加入增白剂、填料等原料。

此外，在压光机施胶中，蜡乳液有时与淀粉共用作为一种防止粘辊的润滑剂，但同时蜡往往也会增加纸面的光滑。若不需要这种光滑性，可在蜡乳液中加入少量松香以降低这种效应。有时还可将硼化合物与淀粉共用，使淀粉中的活性羟基与硼酸盐或偏硼酸盐离子形成络合物，从而使胶液的粘度明显增加，有助于改善油墨的持留性。

2.3.2 淀粉施胶压榨的循环系统

淀粉施胶压榨的循环系统如图9所示。淀粉可用连续或间歇的糊化方法制成施胶液，然后贮存在贮罐内，常常2个贮罐并联，每个贮罐须在大约l-3h内保持足够的胶液。当一个贮罐用完时，由另一个贮罐接替提供胶液，如此往复交替应用。

图9施胶压榨循环系统

2.3.3 影响施胶压榨的主要因素

(1)纸的施胶度 完全未施胶过的纸比施胶过的纸多吸收100%的胶液，而施胶过的纸，松香 胶用量的增加对胶液的吸收影响不太明显。

(2)纸机车速的影响 对于印刷纸来说，纸机的车速对淀粉胶液的吸收量的影响也同样不大。 应用试验证明，纸机车速从100m/min到大约300/min之间，淀粉拾取量大大增加，但车速增加到650m/min后，淀粉拾取量没有明显增加。

(3)纸的定量对淀粉拾取量的影响 用松香施胶的各种定量的纸，在车速200-360m/min之 间，施胶压榨时，纸的定量和车速对淀粉的拾取量几乎没有任何影响。

(4)对于高定量纸，施胶压榨前的干燥十分重要，理想的施胶压榨应靠近卷取部位；对于轻量施胶压榨可放在较靠近湿部的地方，由于造纸机往往要抄造各种定量的纸，所以常采用折衷的办法，把施胶压榨放在压榨后保持干燥量30%的部位。

2.3.4 淀粉表面施胶应注意事项

(1)需正确选用表面施胶剂

造纸工业对表面施胶剂用淀粉的主要要求是粘度、粘接强度、离子性、胶液稳定性和成膜性 等指标。变性淀粉品种牌号很多，纸厂要根据自己的实际情况认真选用，而一般用作表面施胶的淀粉，应具备下列条件：

① 要求粘度可调范围广。因使用的变性淀粉浓度可低至15g/L,也可高达300g/L,粘度可 调非常重要。如生产半透明纸可采用完全淀粉浸透的办法，通常选用

200~300g/L浓度的低粘度类淀粉：对于生产不透明度高的纸种，则恰恰相反，淀粉渗透过多，会影响纸的不透明度，因此应选用高粘度的产品：若重点在于改善纸的表面性能，则要求减少渗透，也须选用高粘度的淀粉。

一般认为：在65~66℃时，浓度30g/L,粘度至少达0.25Pa·s,则称为高粘度淀粉：在65~66℃时，浓度300g/L,而粘度低至0.08Pa·s,则称为低粘度淀粉。

② 要求易于吸附在纤维上，经淀粉表面施胶过的纸，在损纸回用时，非阳离子化的淀粉易从 纤维上脱离，溶解并进入白水中，不仅会造成白水中BOD、COD值上升，.且会降低细小纤维和填料的留着。如采用氧化淀粉表面施胶。在损纸回用过程中，当成浆中氧化淀粉含量达2%时，助留剂用量要增加8倍才能达到原有的留着水平，而采用阳离子淀粉表面施胶，当损纸回用时，阳离子淀粉仍牢牢地吸附在纤维上。这样,淀粉可以被循环使用，既节省了其用量，又有利于留着率和物理强度的提高。

③ 要求冷却时不会凝胶（即要求糊液稳定性好）且成膜性能要好。

(2)避免直链淀粉结晶现象的发生

一般淀粉糊液在67~69℃的临界温度内保温时，直链淀粉容易产生结晶，较难通过施胶区而滞留于施胶槽中，增加了施胶液的粘度和固含量,严重时结晶的直链淀粉含量可达25%~30%,从而造成上胶量的波动。另外，部分结晶体通过施胶压榨区附在纸页上，由于结合力差，易脱落下来附在辊子、烘缸和毛毯上，结果造成纸面不整洁，影响外观和印刷。

许多纸厂对这一现象的实质往往没有充分认识。生产中发生上述类似现象时，造纸工作者往往通过提高施胶温度到71~82℃,希望能得到解决，结果适得其反，反而加剧了直链淀粉的结晶。 另一个常采用的是降低施胶液粘度的办法，'但是粘度降低，增加了纸对胶液的吸收，对提高表面 强度不利，这也是不了解直链淀粉结晶现象的结果。

解决的办法是避开直链淀粉的结晶敏感温度范围67~89℃,考虑到在较低温度下淀粉容易发 生胶凝和老化（凝沉)现象.因此建议贮存和使用时的温度控制在63~66℃为宜。若这一点做不到，贮存温度及出料温度应超过90℃。

2.4 在涂布粘合中的应用技术

涂布与表面施胶都是将化学品作用在纸的表面上。但两者之间存在着许多不同，其中最基本的区别是：

① 表面施胶往往只用胶粘剂，而涂布则既用胶粘剂又用颜料等。

② 通常表面施胶的胶料是被压榨到纸页内的，而涂布的颜料则只涂在纸的表面。

表面施胶与涂布之间存在明显的半成品关系，涂布是在施胶压榨的半成品上进行的。

2.4.1 变性淀粉在涂布配方中的主要作用

变性淀粉是涂布配方的重要组分，主要用作胶粘剂。具有下列优点：

① 具有良好的粘结性能，能使颜料颗粒相互粘结并粘附在纸张上。

② 具有良好的保水性，能防止涂料在制作时出现脱水现象。

③ 能提供刮刀涂布时的流变性。

④ 有较宽的粘度范围.可满足大多数涂料的粘度要求。

⑤ 与许多合成胶乳具有良好的相容性，且能改善合成胶乳的性能等。

2.4.2 涂布配方中的变性淀粉品种

涂布用变性淀粉约占造纸工业变性淀粉总用量的8%,与浆内添加的用量相近。用作涂布胶粘剂的变性淀粉主要有热一化学转化淀粉、酶变性淀粉、氧化淀粉、羟烷基淀粉、酯化淀粉等。

3 变性淀粉的综合应用技术

一个造纸化学品的应用成功，往往要经历3个阶段：简单应用+协调应用+综合应用。

对于一个新的造纸化学品，起初纸厂还缺乏认识，研制者对产品性能也缺乏全面了解，必然 有一个探索完善的过程，其应用工艺也不可能十分复杂。当然应用效果也不可能充分发挥，这就是所谓的简单应用阶段。

通过对简单应用的分析总结，发现这个化学品与其他化学品之间还存在着相辅相成的效果，即所谓的协同效应。利用协同效应逐步地发展成二个或多个化学品的共用技术。共用的结果，避免了个别化学品中的不足，充分发挥了各自的长处。随着新的化学品的不断涌现，新的造纸技术 不断产生，协调应用技术将是一个永无止境的研究课题。

无论是简单应用还是协同应用，其应用效果还与工厂本身的生产工艺条件和管理水平等密切相关。要取得更好的应用结果，还得对工厂各种因素进行综合优化，最大限度地发挥助剂的综合 效能，降低工厂生产成本，提高产品质量，提高经济、社会效益，这就是综合应用技术。协调应用技术是在简单应用技术基础上发展起来的，又是实现综合应用技术的重要中间环节。纸厂只有正确掌握了变性淀粉的综合应用技术，才能取得最佳的使用效果。

3.1 简单应用

这里所指的简单应用是以变性淀粉作为应用主体的应用技术，尽管应用方法简单，但要取得 好的应用效果，还应注意以下几方面：

① 与生产单位密切配合，认真细致地制订好应用方案，做好充分的准备。

② 组织好试验班子，落实好谁主管谁负责。从现场指挥，到纸样分析，纸机工艺等都有专人负责。

③ 试验结束后要认真作出经济技术评价，并制订出正常应用的操作规程。正常应用后还应及时发现问题，不断改进提高。

④ 正常应用后还应及时发现问题，不断改进提高。

一个好的产品还要有正确的应用方法和技术加以保证。若使用不当，不仅不能取得好的应用效果，反而会影响纸的抄造：

如：糊化不完全，会影响应用效果，甚至产生粘缸、粘网的现象；添加浓度过大，会使纸浆 与纤维结合不均匀，造成局部严重絮凝，纸页不匀，强度下降。此外，添加量、添加地点、添加 顺序等都会影响应用效果。故找到最佳方案很重要。这些已在前面几节中陆续作了介绍，这里仅简单提及。

3.2 协调应用

在造纸上，单一的化学品往往难以取得好的效果。填料没有助留剂难以留着在纤维上；松香胶没有明矾难以定着在纤维上达到施胶效果。这些仅是最简单的例子。现代造纸技术对纸的质量和功能特性要求越来越高，具有各种功能特性的造纸化学品也越来越多，不同化学品之间的协调结果往往会取得相乘或相加的效果。在同样的添加成本下，用单一的化学品是难以达到的，纸厂只有充分利用化学品间的协同效应，才能以最低的添加成本，取得最好的应用效果。这也就是我们为什么要充分重视化学品间协同应用技术的根本原因。

近年来，国外对造纸化学品的协同应用技术的研究已取得许多成果。在同一个纸种上采用多种化学添加剂已成为一种趋势。以白纸板为例，在湿部广泛采用助留剂、助滤剂和增强剂；在层 间采用层间粘合剂：在表面采用表面施胶剂：同时还采用由多种化学组分组成的涂料进行涂布加工。如果哪一个环节没有采用化学添加剂，都将严重影响成纸的质量。

我国造纸化学品的开发和应用起步较晚，但对具有协同作用的化学品及其协同作用机理的研究也已取得许多可喜的成绩。如上世纪80年代末，我国开始中性抄纸技术以来，已分别在铜版原纸、照相原纸、水松原纸及文化用纸等纸种上获得越来越广泛的应用。其中的关键技术就是用好由PAM和中性施胶专用变性淀粉HR组成的双元助留系统。又如草木浆增强剂HC-3就是利用协调机理把阴离子、阳离子和具有增效作用的非离子基团同时引入淀粉分子中，从而取得明显的增强效果。已为我国许多大中型纸厂广泛应用。由于不仅对于木浆、草浆和二次纤维浆具有明显的增强效果，而且可以用低档浆替代高档浆（以草代木），替代率可达到10%-30%,具有明显的经济及社会效益，非常符合我国的国情，深受造纸企业的欢迎。

结语

无论生产何种纸，纸厂都有自己相应的制造工艺。如浆料的配比、打浆度、施胶剂的用量及纸机车速、蒸汽压、定量、水分等，工艺参数都应控制在一定范围内。然而变性淀粉的应用将会对上述体系产生相应的改变。因此，要达到最佳的应用效果，除采用协调应用技术外，还必须对造纸工艺参数进行相应的调整，如：

(1)使用助留助滤剂后纸浆的打浆度会明显下降，而打浆度的下降意味着滤水性的改善，在纸机上可出现水线前移，伏辊真空度下降，成纸水分下降等现象。如在高草浆配比的纸浆中使用高取代度阳离子淀粉，打浆度下降值可达到10oSR左右，这时应采取提高车速（进而可增加纸的产量,或降低烘缸的蒸汽压（可以减少能耗）等办法。

(2)使用增强剂后，抗张、耐破、耐折等强度指标明显提高，而撕裂度有时会出现下降的现象。这是因为纸张的裂断长：耐破度和耐折度主要依赖于纤维的结合力（一股随打浆度提高而提高）其次是纤维的平均长度，当打浆到一定程度，纤维平均长度明显下降时，会发生一个下降的转折点。变性淀粉的加入，增加了纤维间的结合力，因而对裂断长、耐破度、耐折度等物理指际能明显改善而撕裂度则不同，影响撕裂度的原因主要是纤维平均长度，其次才是纤维结合力和纤维强度。打浆初期，随着打浆度提高，纤维结合力起主导作用，撕裂度上升。随着打浆度增加，纤维平均长度起主导作用，撕裂度明显下降，而且撕裂度较裂断长、耐破度、耐折度更容易达到 下降的转折点。变性淀粉的应用，提高了细小纤维与填料的留着，使纤维的平均长度下降，所以撕裂度的下降是很自然的。然而在其他强度指标明显提高的前提下，通过缩短打浆时间来保证撕裂度指标是行之有效的办法。缩短打浆时间不仅可以提高撕裂度，节约用电，还可以减少细小纤维的含量。

(3)如果使用助留、助滤剂后纸张强度下降，或提高不明显时，可采用以下方法：

将变性淀粉添加部位往打浆方向移动，同时降低添加浓度（1%)以保证助剂与纤维均匀接触，避免局部过度絮凝。

在保证灰分提高的前提下，适当降低填料的用量。选用同时具有增强、助留功效的助剂。

(4)如果发现使用变性淀粉后纸张白度有所下降时，可采用：

增白剂与变性淀粉的添加地点尽可能相隔较远减少相互作用的机会，建议在打浆时加入。可采用复合填料提高白度。可在表面施胶中加入增白剂，这样可避开助剂间的相互影响。

(5)在纸张强度明显提高后，可通过增加草类纤维或二次纤维的配比，以减少木浆用量来降低造纸成本、国内不少纸厂已取得许多成功的经验。