造纸湿部三元生物高分子的研制与应用效果比较

曹晓辉

摘 要：研究了造纸湿部三元生物高分子的最佳制备工艺及应用性能，结果表明：最佳制备工艺为pH=11，2， 3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量6.0%，三聚磷酸钠添加量1.9%，环氧丙烷添加量1.5%，阳离子反应时间4h，羧甲基反应时间2.3h，羟丙基反应时间2.5h。所得产品三元生物高分子，能够提高纸和纸板耐折度、耐破度、环压强度等物理指标。

关键词：三元;生物高分子;阳离子;取代;磷酸酯;羟丙基;湿部添加

淀粉是植物进行光合作用时存储的能量物质，是天然的生物高分子。本文主要研究一种以淀粉为基础材料，使用于湿部施胶的三元生物高分子的制备和应用。该型生物高分子是经过化学反应，在淀粉分子链上接上阳离子、磷酸酯基团、羟丙基基团而得到的一种三元生物高分子。能够明显提高纸和纸板的耐折度、耐破度、环压强度等物理指标。

1 材料、仪器及方法

1.1 材料

木薯淀粉，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵，氢氧化钠，无水硫酸钠，环氧丙烷，三聚磷酸钠，盐酸，水。

1.2 仪器

恒温水浴锅2个，1000mL烧杯2个，玻棒2根，搅拌器3个，胶头滴管1个，真空抽滤机及抽滤瓶，三口烧瓶，分析天平，NDJ-79粘度计，烘箱。

1.3 方法

工艺路线：

2 结果与讨论

2.1 2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量

造纸湿部施胶用淀粉的阳离子取代度值主要在0.025-0.035，在0.030左右从技术及成本考虑较为合适，为了找出最佳的2，3-环氧丙基三甲基氯化铵用量范围，对2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量进行单因素试验，即按照y阳离子淀粉的制备方法，固定其他条件不变，只改变2，3-环氧丙基三甲基氯化铵的用量为从4.5%到6.5%，通过试验发现，在4.5%-6.5%范围内，取代度与阳离子试剂2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量成正比关系，即取代度随2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量的增大而提高。在本试验条件下，最佳添加量以6.0%为宜。

2.2 阳离子取代反应时间

为了找出最佳的反应时间，对阳离子取代反应时间进行单因素试验，即按照阳离子淀粉制备方法，固定其他条件不变（2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量为6.0%），只改变阳离子取代反应时间为从1h到5h，通过试验发现在1h-5h范围内，取代度与阳离子取代反应时间成正比关系，即取代度随阳离子取代反应时间的延长而提高。在本试验条件下，最佳阳离子反应时间以 4h为宜。

2.3 三聚磷酸钠添加量

为了找出最佳的三聚磷酸钠添加量，对三聚磷酸钠进行单因素试验，即按照磷酸酯淀粉的制备方法，固定其他条件不变，只改变三聚磷酸钠添加量为从0.3%到2.5%，通过试验发现，在三聚磷酸钠添加量从0.3%到1.9%范围内，取代度与三聚磷酸钠添加量成正比关系，即粘度随交联反应时间的延长而提高，在造纸湿部施胶上，在本试验条件下，最佳三聚磷酸钠添加量以1.9%为宜。

2.4 磷酸酯反应时间

为了找出最佳的磷酸酯反应时间，对磷酸酯反应时间进行单因素试验，即按照磷酸酯淀粉的制备方法，固定其他条件不变（三聚磷酸钠添加量1.9%），只改变次反应时间为从1h到3h，通过试验发现，在1h-3h范围内，取代度与磷酸酯反应时间成正比关系，即取代度随着反应时间的延长而提高，在造纸湿部施胶上，一般磷酸酯反应在本试验条件下，最佳取代反应时间以2.5h为宜。

2.5 环氧丙烷添加量

为了找出最佳的环氧丙烷添加量，对环氧丙烷进行单因素试验，即按照羟丙基淀粉的制备方法，固定其他条件不变，只改变环氧丙烷添加量为从0.3%到1.9%，通过试验发现，在环氧丙烷添加量从0.3%到1.9%范围内，取代度与环氧丙烷添加量成正比关系，即粘度随交联反应时间的延长而提高，在造纸湿部施胶上，羟丙基取代度度达0.015即有较佳助留效果，在本试验条件下，最佳环氧丙烷添加量以1.5%为宜。

2.6 羟丙基反应时间

为了找出最佳的羟丙基反应时间，对羟丙基反应时间进行单因素试验，即按照羟丙基淀粉的制备方法，固定其他条件不变（环氧丙烷添加量1.5%），只改变次反应时间为从1h到3h，通过试验发现，我们可以看出在1h-3h范围内，取代度与环氧丙烷反应时间成正比关系，即取代度随着反应时间的延长而提高，在造纸湿部施胶上，一般环氧丙烷取代度达0.015即有较佳效果，在本试验条件下，最佳取代反应时间以2.3h为宜。

2.7 pH值的影响

对于阳离子化反应而言，pH为11.0时，醚化剂的活性好，反应效率高，淀粉分子结构能很好的展开，有利于阳离子取代反应的进行。对于磷酸酯反应，羟丙基反应而言，pH为11.0时反应效率较好，因此本工艺pH 值控制在11.0。

2.8 三元生物高分子性能指标

2.9 三元生物高分子在造纸工业中的应用

三元生物高分子在造纸工业中用于废纸做浆料的造张湿部施胶，能显著提高纸张的物理强度。

基本生产条件。

添加三元生物高分子后，与添加阳离子生物高分子相比，耐折次数从80次提高到134次，环压指数从9.38提高到9.99，耐破指数从2.52提高到2.90。

3 結论

三元生物高分子的最佳制备工艺为pH=11，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵添加量6.0%，三聚磷酸钠添加量1.9%，

环氧丙烷添加量1.5%，阳离子反应时间4h，磷酸酯反应时间2.5h，羟丙基反应时间2.3h。

这次浆内添加三元生物高分子的试验，与添加普通的阳离子生物高分子相比，成纸质量有明显的改善，对各项物理指标均有所提高。

参考文献：

[1]张友松.变性淀粉的生产与应用手册[M].北京：中国轻工业出版社，2007.

[2]任海林，RENHai-lin.季胺型阳离子木薯淀粉制备研究[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2007，23（3）：10-12.

[3]刘华，刘温霞，刘谦.阳离子淀粉的制备以及在造纸工业中的应用[J].湖南造纸，2007（2）.