變性淀粉及其在造紙中的應用

張新元 中國造紙開發公司 北京（100000）

本文對變性淀粉的種類、應用機理進行了詳盡的介紹和論述；對各種變性淀粉在制漿造紙生產中的應用及應注意的問題進行了具體的闡述和說明。

1 變性淀粉及其種類

1.1 概述

目前世界淀粉年產量己達2000多萬噸，直接對淀粉進行變性處理所得的產品己有2000多種，歐美國家走在前面。廣泛用于造紙、食品、紡織、醫藥、鑄造、建筑、農業、化工、油田和選礦等.其中造紙工業占的量最大，見表1。

表1淀粉及其衍生物的應用比例 單位：%

變性淀粉是造紙工業的重要化學品。在造紙精細化學品中，以質量計變性淀粉占80%~90%；若以造紙原料消耗計，它居纖維、填料后的第3位。

在淀粉原料的選擇上，一般根據各國的國情和應用的需要來決定。如美國，主要選用玉米淀粉，荷蘭主要選用馬鈴薯淀粉，泰國以木薯淀粉為主，中國以玉米淀粉為主，約占80%,其次是木薯淀粉，約占14%，玉米、馬鈴薯、木薯淀粉都可以深加工成各種變性淀粉。

變性淀粉對造紙行業具有明顯的經濟和社會效益，如：

(1)能明顯提高紙張的各種物理強度，提高質量和檔次，降低木漿配比。

(2)能提高細小纖維、填料的留著，提高成紙的灰分、白度和不透明度，同時還可節約能耗，減少濕部斷頭，減輕紙廠三廢污染等。

(3)能改善施膠效果，節約施膠劑用量,尤其可作為中性抄紙的配套助劑。

(4)能明顯改善印刷適性，使印刷時不易斷頭、掉毛、掉粉和糊版，并增加對油墨的吸附能力，使色彩鮮艷，字跡清晰等。

(5)還可代替價格昂貴的合成樹脂、干酪素等作為表面施膠和涂布粘合劑，能明顯降低涂布加工紙的生產成本。

(6)變性淀粉還可作為紙制品的粘合劑，如紙箱、紙管的粘合劑等。具有粘結力強，成本低，對環境污染輕等特點。

造紙淀粉若按其使用方法分，可分為四大類：漿內添加淀粉、噴霧淀粉（層間增強為主）、表面施膠淀粉和涂布淀粉?？梢哉f，變性淀粉幾乎適用于造紙的全過程。各品種.變性淀粉在造紙中的應用比例見表2。

表2各類變性淀粉在造紙中所占的應用比例

1.2 造紙上常用的變性淀粉及其主要性能特征

變性淀粉的品種牌號很多，在造紙上常用的，若按離子特性分有下列5類：

陰離子變性淀粉：氧化淀粉、磷酸酯淀粉、羧甲基淀粉等；

陽離子變性淀粉：叔胺型、季銨型等；

兩性及多元變性淀粉；

非離子變性淀粉：羥丙基淀粉、羥乙基淀粉等；

其他變性淀粉：接枝淀粉、復合變性淀粉等。

1.2.1 陰離子淀粉

(1)氧化淀粉

采用不同的氧化工藝、氧化劑和原淀粉可以制成性能各異、牌號不同的氧化淀粉。如采用高碘酸氧化可制得對紙張既有干強又有濕強作用的雙醛淀粉。而采用雙氧水、過乙酸、高錳酸鉀、過 硫酸及次氯酸鈉等氧化劑則可制得價格比較低的普通型氧化淀粉。目前多數生產廠采用次氯酸鈉氧化劑。淀粉經氧化作用引起解聚，結果產生低粘度分散體并引進羰基和羧基，使其鏈淀粉的凝沉趨向減少而糊液粘度穩定性增加。與原淀粉比較，氧化淀粉的物化性能發生了較大的變化。

在造紙工業上，氧化淀粉主要用作涂布粘合劑和表面施膠劑。由于氧化淀粉色白，糊液穩定性好，粘度低，凝沉性弱，粘合力強，成膜性好，且價格便宜，很受造紙行業的歡迎。根據造紙上的不同要求，可控制氧化深度制得不同粘度的系列產品。還可與聚乙烯醇（PVA)等化工原料復配 進行表面施膠，增加成膜性，提高紙張表面的平滑度和強度。但另一方面.氧化淀粉帶有羰基和羧基呈弱陰性，且與紙漿中的鋁離子絡合能力差，與纖維結合力也差，故一般不用作濕部添加劑。另外值得注意的是，用氧化淀粉表面施膠或涂布過的紙在損紙回用時，由于氧化淀粉在纖維上的留著率低，大部分會游離在紙漿中，易改變紙漿中的Zeta電位，使紙漿負電位增加，從而影響填料和細小纖維的留著和增加白水濃度。因此在高檔紙的表面施膠中，氧化淀粉己逐步為陽離子淀粉及其他本身留著率高的淀粉所代替。

(2)磷酸酯淀粉

淀粉與磷酸鹽反應制得磷酸酯淀粉，即使很低的取代度也能明顯地改變原淀粉的性質。在造紙上所用的磷酸酯淀粉一般 為磷酸單酯淀粉，取代度為0.01~0.07。

磷酸酯淀粉是最重要的造紙用淀粉衍生物之一。磷酸酯淀粉在造紙上主要用作助留、助濾劑和增強劑。經特殊工藝加工處理的.還可用作涂布膠粘劑和層間增強劑。

(3)羧甲基淀粉

羧甲基淀粉(CarboxylMethyStarch,簡稱（CMS）,是淀粉在：堿性條件下與一氯乙酸或其鈉鹽起醚化反應制得的。隨著取代度的增加，產品膠化溫度下降，在較高取代度時，冷水可溶。工業生產主要為低取代度產品。

由于CMS膠液透明、細膩，粘度高，粘接力大，流動性、溶解性好，且有較好的乳化性、穩 定性和滲透性，不易腐敗霉變。在造紙上用作濕部添加為主，作為紙張增強劑。低取代度、低粘度產品可用作表面施膠劑，并能與PVC合用形成抗油性及水不溶性的薄膜。

1.2.2 陽離子淀粉

陽離子淀粉的品種很多，通常.分為4類：①叔胺烷基醚；②季銨類烷基醚；③仲或伯胺烷基 醚；④雜類(如亞胺等淀粉醚）。目前新的陽離子淀粉醚仍在繼續發展，但叔胺、季銨烷基醚淀粉仍是主要的陽離子淀粉。由于季銨烷基醚淀粉，無論在酸性還是堿性條件下均呈陽離子性，特規 適用中、堿性條件下抄紙，故在中性抄紙技術迅速發展的今天，季銨型陽離子淀已成為不可缺少的造紙助劑，也是目前使用范圍最廣、用量最大的一種變性淀粉。

造紙上所用的陽離子淀粉，其取代度一般為0.01~0.07,主要用作濕部添加的助留、助濾和增強劑。高取代度的季銨型陽離子淀粉是中性施膠劑AKD、ASA的有效配套助劑，不同取代度的陽離子淀粉，在濕部可分別用作增強劑、助留劑、助濾劑，由于應用效果明顯，是造紙行業應用最廣泛的變性淀粉。經特殊加工處理的陽離子淀粉用于高檔紙的表面施膠和涂布。由于增加了紙張表面的陽電荷，提高了印刷適性，使印刷字跡清晰，減少掉毛掉粉。

1.2.3兩性及多元變性淀粉

兩性淀粉是指在同一淀粉分子中既接上陽離子基團又接上陰離子基團的變性淀粉。而多元變性淀粉是指在兩性淀粉的基礎上再接上一個以上反應基團的產品。它們是近幾年發展起來的新型改性淀粉，綜合運用了陰、陽、非離子淀粉的改性技術，使其應用效果更突出。制備技術的關鍵是選擇合適的改性劑及不同離子基團的摩爾配比，并要防止陰、陽離子試劑間的相互作用。

兩性及多元變性淀粉主要用作造紙濕部添加，起增強、助留、助濾等作用。尤其對含雜離子較多的草類纖維、二次纖維及含木素較多的磨木漿等均具有良好的應用效果。但因制備工藝復雜、難度大而售價較高。

1.2.4非離子淀粉

非離子淀粉主要為羥烷基淀粉，是由淀粉在堿性水溶液中與環氧乙烷或環氧丙烷反應而成。 由于環氧乙烷沸點低（10.7℃),易揮發，與空氣混合又可能引起爆炸，故目前在造紙上傾向于選用羥丙基淀粉。在造紙上主要用于表面施膠，具有成膜性好，表面強度高等優點。國外羥烷基淀粉已形成系列產品，荷蘭AVEbe公司羥烷基淀粉用于造紙的就有9個牌號，僅次于陽離子淀粉。 近幾年還開拓了其他領域的應用。國內對羥烷基淀粉的研究開發單位尚不多，在紙上的推廣應用也就更少。

1.2.5其他變性淀粉

造紙用變性淀粉品種系列很多，除上述系列品種外，用量較大的還有酸變性、酶變性.糊精 等降解系列，以及交聯淀粉、接枝共聚淀粉、醋酸酯淀粉、黃原酸脂淀粉、復合變性淀粉等。因 目前還用得不多，故不作詳細介紹。

2 變性淀粉的應用機理及技術

2.1 濕部應用的機理及技術

濕部化學是造紙工藝中的專用名詞，通常用以描述造紙工藝過程中各個不同組分間的相互影響。造紙濕部化學是一個極其復雜的體系,含有眾多的組分，如纖維中含有的樹脂成分，制漿時 化學品的殘余成分及填料、施膠劑等化學添加劑。另外，水質中含有雜離子、微生物等等。凡此種種無不影響著紙機抄造性能和紙的質量。在我國由于以草漿、廢紙漿等為造紙的主要原料，造紙濕部化學體系比國外發達國家以木漿為主要造紙原料的情形還要來得復雜。

然而，經過多年的探索實踐，人們已從這復雜的造紙濕部化學體系中找到一條規律：即紙機的抄造性能及紙的質量與濕部的電位密切相關。通過控制造紙濕部的Zeta電位，可以大致控制濕部化學組分的平衡，從而可以提高紙機抄造性能和紙張的質量。實驗還表明，通過添加改性淀粉等化學添加劑，可以優化濕部化學，有效地控制濕部Zeta電位。

2.1.1變性淀粉的濕部作用機理

紙漿纖維帶負電荷，大多數填料也帶負電荷。根據電位理論，在固液界面處形成一電層，一層是鄰近固體表面的薄離子層稱為固定層，又稱為斯特恩（Stern)層。固定層能牢固地吸附在纖 維表面上，在Zeta電位儀的電泳池中，帶陰電荷的離子朝陽極運動，帶陽電荷的粒子向陰極運動，運動的速度取決于電泳的強度。另一層為擴散層，與固定層不同，擴散層在Zeta電位儀的電泳池中，不能緊隨著固體粒子向電極運動。

當在紙漿中添加陽離子淀粉或其他的陽離子型助劑時，因受靜電引力的作用，可以進入固體 粒子的固定層，使帶負電荷的固體粒子的電位下降，甚至逆轉。許多紙廠在添加了陽離子的淀粉后，紙漿的負電位明顯下降了，使氫鍵和范德華吸力加強，從而改善了紙張物理強度和細小纖維、填料的留著率。

事實證明，紙漿的Zeta電位受化學品Zeta電位的影響，添加的陽離子助劑越多，Zeta電位的下降值也越大。大多數陽離子助劑一旦被纖維吸附就很難用純水洗去。也就是說，其自身的留著率極高。下面進一步談談主要變性淀粉的濕部應用機理。(1)陽離子淀粉的濕部作用機理

圖1陽離子淀粉的濕部作用機理示意圖

陽離子淀粉是最重要的造紙濕部添加劑，其分子結構與纖維素分子的結構相似，都是由葡萄糖基組成的。由于它帶有陽電荷，極易與帶陰電荷的纖維、填料等靠靜電引力相互吸附，降低紙漿的Zeta負電位，并會產生絮凝現象。這種絮凝作用能將細小纖維和填料包裹在微絮凝團內，提高細小纖維與填料的留著率。同時微絮凝團使濕部在成形時空隙增大，可以使紙漿打漿度下降，濾水性改善，脫水加快，降低能耗。由于這種絮凝團是在瞬間形成的，故很脆弱，在剪切作用下會分解成微絮凝，大大降低細小纖維和填料的留著率，降低助濾作用，但卻增加了與纖維間的均勻接觸.使增強作用增加。絮凝作用的強弱，與陽離子淀粉的取代度、添加量和加入時間密切相關。一般，取代度越高，添加量越大，加入時間越短，絮凝作用就越強。這點，紙廠可通過檢測紙漿打漿度的下降值或與填料的絮凝情況來分析判斷其陽離子性的強弱和對填料的助留效果。在其他條件均相同的情況下，高取代度的陽離子淀粉所產生的絮凝體積大于低取代度所產生的絮凝體積，結果既直觀又說明問題。

(2)陰離子淀粉的濕部作用機理

陰離子淀粉由于本身帶陰電荷，無法直接與帶陰電荷的纖維、填料互相吸附，因此至少需要1%的明礬作為“架橋劑”。

圖2陰離子變性淀粉的濕部作用機理

(3)多元變性淀粉的濕部作用機理

多元變性淀粉由于在同一淀粉分子中接有陽離子、陰離子和非離子基團，故不必依賴于明礬中的鋁離子而直接與纖維、填料發生吸附作用。淀粉分子中的陰離子基團能通過鋁離子的“架橋”作用與纖維、填料結合。還能電性排斥體系中的雜陰電荷，對分子中的陽離子基團起保護作用。 同時還對帶陰電荷的纖維、填料起分散作用，使其避免過分絮凝。分子中的非離子基團還能起增效作用，具有更優異的增強和助留、助濾等效果。多元變性淀粉本身的Zeta電位基本上呈中性，-般不會對原造紙濕部體系的電位產生影響，使其適用性廣、應用條件寬。

圖3多元變性淀粉的濕部作用機理

2.1.2濕部主要應用技術

(1)濕部用變性淀粉的品種及其功效

作為濕部添加變性淀粉主要為陽離子淀粉、陰離子磷酸酯淀粉、兩性和多元變性淀粉及某些接枝共聚淀粉等。而氧化淀粉、酸變性淀粉、酶轉化淀粉和一些非離子型變性淀粉，由于與纖維的結合力差，在紙上的留著率低，一般極少用作濕部添加，而被廣泛地用作表面施膠和涂布粘合。

濕部淀粉主要用來提高紙張的物理強度，提高細小纖維和填料的留著率，提高濾水性能，改善施膠效果等。

(2)品種的選用

造紙用變性淀粉品種系列很多，每個系列又有眾多的品種牌號，目前我國大多數紙廠還沒有完全了解，加上制造廠家與用戶的相互溝通不夠，在選用何種牌號的產品更適用于本廠的要求時.往往感到困惑。

市售的陽離子淀粉目前主要為季銨型和叔胺型兩大類。叔胺型只適用于酸性抄紙，在中性或堿性條件下，其陽離子性將失去，從而使應用效果大大降低。而季銨型陽離子淀粉卻適用于廣泛的pH范圍（pH4-9)。值得提醒的是，雖然陽離子淀粉自身 的Zeta電位與其取代度(DS)密切相關，一般DS越高，其Zeta電位值也越高，反之亦同。但當其pHffgt;7時，Zeta電位會受到溶劑效應的影響（pH越高，影響越大），在pHffgt;9時，其Zeta電位值將明顯下降。

陽離子淀粉的主要質量指標為取代度，即每摩爾失水葡萄糖單元所取代的陽離子變性基團的 摩爾數，通常用凱氏定氮法測定，所測的含氮量（%),應除去原淀粉的含氮量。造紙上所用的陽離子取代度范圍通常為0.01-0.07。不同的取代度，物化性能之間差距很大。一般，取代度越高，膠化溫度越低，粘度越大，透明性、穩定性、Zeta電位也隨之增加。當DS達0.07時，冷水可溶。不同取代度的陽離子淀粉在造紙上的應用一般具有下列規律：

(3)糊化方法

除預膠化淀粉外，一般的變性淀粉均要事先糊化處理。預糊化淀粉由于可將干粉直接投入到漿池中使用，紙廠應用很方便，但預糊化淀粉的制備成本高、售價貴，容易在造紙過程中來不及溶脹開來，形成“魚眼”，影響使用效果。目前國內外大多數紙廠還是采用自己糊化的方法。

變性淀粉的糊化，一般先用冷水分散開來，攪拌速度約60r/min(若轉速太高易剪切淀粉鏈而 影響使用效果）。升溫至90-95℃后，保溫15-20min。升至這么高的溫度，還需保溫的目的是為了使淀粉結晶粒子充分溶脹，使分子充分舒展開來。若糊化不完全，非但不能起到預期的效果，還容易引起粘缸粘網等造紙障礙。糊化的濃度通常為50g/L,某些低粘度的淀粉，糊化濃度可高達100g/L以上。糊化好的膠液在添加時應進行稀釋，靠近流漿箱部位添加的淀粉，稀釋濃度為10g/L以下，以保證與纖維的均勻接觸。若濃度過高，上網時間過短，容易造成局部過分絮凝，影響紙張的勻度，破壞紙的質量，嚴重的還可產生粘缸粘網等現象。

2.1.3助留、助濾應用技術

從助留、助濾的絮凝機理可知：既要保持適當的絮凝以提高助留、助濾效果.又要避免過分 絮凝以保持紙頁的強度和勻度，這是助留、助濾應用技術的關鍵。

a.首先要選好的助留、助濾的品種牌號

以陽離子淀粉為例，最好選用高取代度的陽離子淀粉，取代度越高，對紙漿的絮凝作用越強。 在酸性抄紙中，也可選用陰離子磷酸酯淀粉，中性抄紙應選用季銨型高取代度的陽離子淀粉或其他專用型變性淀粉.

b.添加量

應根據各紙廠的實際情況，在正式應用前先試驗一下最佳的添加量，在此添加量下，既能明顯提高助留助濾效果，又不影響紙張的物理強度和勻度。高取代度的陽離子淀粉的添加量一般為0.25%-1%。

c.添加濃度

一般≤1%(基于干淀粉質量），薄型紙約為0.5%,若ffgt;1%極易造成過分絮凝，影響紙的勻度和強度。

d.添加地點

一般選擇靠近流漿箱部位，高位箱是比較理想的添加地點，其次還有如沉沙溝，旋翼.篩進出口處，這要視各廠的實際情況而定，越靠近網部，助留、助濾效果越好，但對紙頁勻度和強度的影響也越大。因此，選擇最佳的添加地點尤其重要。

e.添加方法

一股采用連續計量添加。若想以提高灰分為主要目的，可與填料混勻后添加，使淀粉主要作用于填料；若要同時提高細小纖維和填料的留著,淀粉可直接加入含有填料的紙漿中；若以提高 細小纖維為主，可在填料加入之前添加。由于許多紙廠填料的加入部位是不一樣的，各廠應根據本廠的實際要求確定添加方法。

在增加助留助濾效果的同時，多數紙廠還希望提高紙張的強度，然而增強和助留是一對矛盾，一般助留效果明顯，增強效果下降，反之也一樣，若要在助留、助濾較滿意的同時，提高強度指標，一般可采用下列方法：

① 向打漿方向移動添加位置，以適當減少絮凝，增加淀粉與纖維的接觸勻度：

② 增大添加量：

③ 分兩處添加或采用復配共用技術；

④ 在灰分明顯提高的同時，適當減少填料的加入量。

f.注意觀察現象

① 打漿度下降，網上水線前移，紙面易干。說明有明顯的助濾效果，可調節蒸汽用量或提高 車速，起到節能增產的效果。

② 定量增加，白水濃度下降。說明有明顯的助留效果，可將漿門關小，若灰分過高，強度下 降，可調節填料加入量。

③ 白度、不透明度改善。若白度不變或略有下降，可能是助劑與增白劑相互作用之故，應檢查它們的添加程序，盡可能分開添加，以減少淀粉與增白劑之間的相互作用。

④ 施膠度改善?？梢詼p少松香、礬土的用量，這不但可降低造紙成本，還可以提高增強效果。 另外還有內結合強度和表面強度的改善，抄造率提高，漿耗下降等等，

2.1.4作為增強的應用技術

根據增強機理，其應用關鍵是要使淀粉分子與纖維保持均勻接觸，同時也要盡可能避免強剪切作用的影響。

a.選好增強劑的品種牌號很重要

陽離子淀粉應選用中低取代度的品種牌號，陰離子磷酸酯淀粉只適用于酸性抄紙體系（即至少應含有1%的明礬）。多元變性淀粉（如草木漿增強劑HC-3k），適用面廣，對草漿、木漿、竹漿、廢紙漿等均具有明顯的增強效果。

b.添加量

一般為1%~2.5%。不同漿料、紙機條件，有不同的添加量與增強效果曲線，故在正式應用前紙廠應找出最佳添加量。c.添加地點：

靠近打漿部位添加，以保證淀粉與纖維、填料之間的緊密接觸。較理想的添加地點是漿池。 添加順序：一般陽離子淀粉要在明礬之前添加，而多元變性或陰離子磷酸酯淀粉在明礬前后均可以添加。

d.添加濃度：一般為10-20g/L。

e.添加方法：可根據紙廠實際情況采取連續添加，或在漿池一次性加入。

2.2 層間噴霧機理及技術

噴霧淀粉是20世紀70年代初才發展起來的，但增長速度很快，以德國為例，噴霧淀粉在造紙淀粉總用量中約占5.5%。

噴霧淀粉最初是為提高多層紙板的層間結合力而開發的。但近年來發展特別迅速，在應用紙種上已不再局限于紙板，已開始擴大到厚紙中；在應用目的上已不再局限于提高層間結合力，還廣泛用來提高挺度、環壓強度及表面強度。德刊發表的文章認為：紙張強度的提高幅度明顯地取決于添加變性淀粉的方法。應用結果證明，采用噴霧淀粉及其應用技術，是提高紙板、厚紙的挺 度、環壓強度和層間結合強度的最有效方法。目前，日本、芬蘭、德國、加拿大等國均已在白紙板及普通紙板中使用噴霧淀粉。

與濕部添加技術對比，淀粉噴霧雖不具備對細小纖維與填料的助留、助濾作用，但其增強效 果絕不亞于漿內添加，尤其對于雜離子含量較高的紙漿(如磨木漿、廢紙漿、草漿等），其增強效果明顯優于濕部添加，且噴霧淀粉比漿內添加淀粉有更高的留著率。雖在改善 紙和紙板表面性能等方面不及表面施膠，但在提高紙張內結合力方面，卻強于表面施膠，而且它不需要施膠壓榨后的干燥工段，這對于沒有施膠壓榨的紙機尤其適用。

在提高紙板和厚紙挺度、環壓強度層間結合強度方面，淀粉噴霧技術，更是一種行之有效 的方法，是濕部添加與表面施膠所無法達到的。當然，如果將濕部添加、淀粉噴霧以及表面施膠 等結合起來，互相取長補短，就能取得更理想的效果，這也是目前造紙發達國家常用的技術。

2.2.1 應用機理及性能要求

所謂噴霧淀粉，就是利用噴霧的方法進行添加的淀粉。其應用機理是：當紙和紙板在紙機濕部成形時，把淀粉顆粒分散在水中形成一種懸浮漿狀物噴在厚紙或紙板上，淀粉顆粒被纖維構成的紙頁裹住，隨后在烘缸處獲得熱量而膠凝化，這個噴霧系統的建立可使淀粉在紙頁的整個厚度上均勻分布，或者根據需要限定大部分淀粉分布在紙頁的一側，或者噴霧在多層板紙的層間復合處，如圖4,起層間增強作用。

圖4層間噴霧方式

2.2.2 噴霧工藝技術

噴霧淀粉先用冷水在攪拌下調成一定濃度的懸浮液。懸浮液經過120目篩過濾后經過增壓計量泵和噴霧裝置，噴霧到紙板上。淀粉液的濃度、噴霧流量及紙機車速決定噴霧淀粉的添加量，不同的質量要求和紙機條件，可選擇不同的添加量，不同的噴霧點、噴霧壓力、噴霧狀態、噴霧距離等均會影響應用效果，而這些正是應用的關鍵技術。經過努力，我國已對不同紙種（如白紙板、牛皮箱紙板、白卡紙、瓦楞紙）、不同的紙機（長網、長圓網、多圓網）、不 同的質量要求(層間結合力、表面強度、挺度等)取得了許多成功的應用經驗。

2.2.3 噴霧方法

噴霧裝置一般由淀粉漿制備系統、噴管系統和排液泵組成。

一般采用低壓-無空氣法，它是通過壓力控制來達到均勻噴霧的目的，壓力控制在196-392kPa之間（一般為294kPa)。若低于196kPa,則霧化差；若高于392kPa,則會破壞紙的成形。

噴嘴可以是圓的，也可以是扁的。噴嘴直徑一般在1~1.5mm之間，體積流量為0.8-1.2L/min。一般長網紙機可選用圓噴嘴，圓網紙機的層間噴霧用扁平的噴嘴，但這并不是絕對的。 噴嘴間的排列間距為120~160mm。噴嘴與網之間的距離視噴霧覆蓋紙面狀況而定，通常為250mm左右。為使霧點在紙面上均勻分布，一般要求多元交叉覆蓋。為了減少霧化淀粉的損失及保護噴霧均勻，可以適當調節噴嘴及噴管的角度。 .

2.2.4 噴霧地點

淀粉的噴霧點隨紙機的條件及應用目的不同而不一樣。對于長網紙機、圓網紙機以及長、圓網聯合紙機，典型的添加地點如圖5。

2.2.5噴霧量

淀粉噴霧量的多少是根據實際需要確定的，一般lg/m2左右。在紙機條件一定時，一般通過淀粉漿濃度來進行調整，淀粉漿的濃度一般控制在10-100g/L之間，作為層間增強時，用量可 以低一些(漿濃度約20g/L左右），若作為提高內結合強度或表面強度時，用量適當高一些，若提高挺度，漿濃度應更高一些。

目前國內已有許多造紙廠都已采用了淀粉噴霧技術（如上海、浙江、山東、福建、四川、廣東、江蘇、安徽等省、市，許多大、中紙廠均采用了）紙種有白紙板、瓦楞紙、牛皮箱紙板、仿水泥 袋紙等：有的用于提高層間結合力，有的用來提高挺度和環壓強度，取得了明顯的經濟效益及社會效益。

2.3 表面施膠中的應用技術

所謂表面施膠，就是把施膠劑施加到紙的表面，使纖維與紙體粘接，并在紙面上附著一層近乎連續薄膜的方法。造紙工業上使用的主要施膠劑是變性淀粉。其他的施膠劑有羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、聚乙烯醇(PVA)、藻朊酸鹽、石蠟、硬脂酸/氯化鉻絡合物、鉻二氟化物.、烷基烯酮二聚體(AKD)、硅酮樹脂、苯乙烯共聚物等。施膠有多重含義，不只是增加紙頁的抗水 性，在大多數情況下，是為了增加紙頁的表面強度，并獲得良好的施膠性能。此外還能提高耐破度、耐折度、抗張力、平壓強度、抗分層強度、環壓強度等紙張物理強度指標，有些表面施膠劑還能賦予紙張抗堿抗酸等特性。

圖5噴霧淀粉的使用地點

2.3.1 淀粉表面施膠施膠方式

通常所說的表面施膠，大多就是指施膠壓榨。施膠壓榨是指紙幅在剛要進入壓輥間壓區之前先通過一膠料塘，借此施膠劑被施加到紙的表面，然后紙幅通過壓輥，使膠料壓入紙內，并從紙 面除去過量膠料的一種表面施膠方法。施膠壓榨有豎式、臥式及斜式以及噴霧施膠、共用技術施膠等方式。

(1)豎式施膠壓榨方式

豎式施膠壓榨由一個膠輥安裝在另一個膠輥頂上的兩個輥所組成，頂輥常用一硬橡膠覆面，而底輥則用軟橡膠覆面，紙頁在能控制張力的張力輥牽引下進入壓區。

進入壓區的角度通常與水平成25°,膠液噴灑到紙的兩面，膠盒常用來收集過剩的膠液，有時也用來提供底輥的膠液，見圖6。

圖6豎式施膠壓榨

豎式施膠壓榨的缺點是紙頁不得不承受來自頂部膠液的重量，有時還可能在紙頁上形成膠 液“池”，紙頁的張力控制以及要使紙頁兩面拾取等量的膠液都有一定的困難。

(2)臥式施膠壓榨方式

兩個膠輥是并排放置的，紙頁垂直進入，由于紙頁將優先附著硬輥，硬輥通常放在前面，與豎式施膠壓榨對比，臥式施膠壓榨在紙頁通過時不會產生搖擺運動，膠液也不會在紙頁上形成 膠池，因而只需要較少的張力，幾乎不會發生斷裂現象。

圖7臥式施膠壓榨

膠液進入壓區，膠池深度可以通過安裝在膠輥末端的擋板來控制，并使紙頁兩邊相等。

臥式施膠壓榨克服了豎式施膠壓榨的不少缺點，但存在壓榨后紙頁必需回旋90°的問題，而這可能導致紙頁起皺，正是這個原因，壓榨后一定要安裝弧面舒展輥。

(3)斜式施膠壓榨方式

是在豎式與臥式基礎上發展起來的，在斜式施膠壓榨中，壓榨輥與水平成約30°安裝(硬輥在 前且比軟輥高），因而在壓榨后紙頁不必大角度旋轉如圖8。

圖8斜式施膠壓榨

(4)采用共用技術施膠

共用技術在表面施膠中占有重要的地位，通過共用技術不僅可以提高表面施膠的功效，還能賦予紙張許多獨特的性能，如：

① 欲提高紙張的抗水性，可以將淀粉與尿醛樹脂(UF)等共用，一般淀粉蒸煮的濃度約為12%,冷卻到約60℃，加入漿狀UF樹脂，樹脂用量約為淀粉的10%-20%。

② 欲想進一步提高紙張的強度和抗油性，可以將淀粉與聚乙烯醇（PVA)共用。PVA可以彌補淀粉在強度和抗油性方面的不足。反過來，淀粉又解決了PVA粘度大、易起泡、價格貴等問題。

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

此外，在壓光機施膠中，蠟乳液有時與淀粉共用作為一種防止粘輥的潤滑劑，但同時蠟往往也會增加紙面的光滑。若不需要這種光滑性，可在蠟乳液中加入少量松香以降低這種效應。有時還可將硼化合物與淀粉共用，使淀粉中的活性羥基與硼酸鹽或偏硼酸鹽離子形成絡合物，從而使膠液的粘度明顯增加，有助于改善油墨的持留性。

2.3.2 淀粉施膠壓榨的循環系統

淀粉施膠壓榨的循環系統如圖9所示。淀粉可用連續或間歇的糊化方法制成施膠液，然后貯存在貯罐內，常常2個貯罐并聯，每個貯罐須在大約l-3h內保持足夠的膠液。當一個貯罐用完時，由另一個貯罐接替提供膠液，如此往復交替應用。

圖9施膠壓榨循環系統

2.3.3 影響施膠壓榨的主要因素

(1)紙的施膠度 完全未施膠過的紙比施膠過的紙多吸收100%的膠液，而施膠過的紙，松香 膠用量的增加對膠液的吸收影響不太明顯。

(2)紙機車速的影響 對于印刷紙來說，紙機的車速對淀粉膠液的吸收量的影響也同樣不大。 應用試驗證明，紙機車速從100m/min到大約300/min之間，淀粉拾取量大大增加，但車速增加到650m/min后，淀粉拾取量沒有明顯增加。

(3)紙的定量對淀粉拾取量的影響 用松香施膠的各種定量的紙，在車速200-360m/min之 間，施膠壓榨時，紙的定量和車速對淀粉的拾取量幾乎沒有任何影響。

(4)對于高定量紙，施膠壓榨前的干燥十分重要，理想的施膠壓榨應靠近卷取部位；對于輕量施膠壓榨可放在較靠近濕部的地方，由于造紙機往往要抄造各種定量的紙，所以常采用折衷的辦法，把施膠壓榨放在壓榨后保持干燥量30%的部位。

2.3.4 淀粉表面施膠應注意事項

(1)需正確選用表面施膠劑

造紙工業對表面施膠劑用淀粉的主要要求是粘度、粘接強度、離子性、膠液穩定性和成膜性 等指標。變性淀粉品種牌號很多，紙廠要根據自己的實際情況認真選用，而一般用作表面施膠的淀粉，應具備下列條件：

① 要求粘度可調范圍廣。因使用的變性淀粉濃度可低至15g/L,也可高達300g/L,粘度可 調非常重要。如生產半透明紙可采用完全淀粉浸透的辦法，通常選用

200~300g/L濃度的低粘度類淀粉：對于生產不透明度高的紙種，則恰恰相反，淀粉滲透過多，會影響紙的不透明度，因此應選用高粘度的產品：若重點在于改善紙的表面性能，則要求減少滲透，也須選用高粘度的淀粉。

一般認為：在65~66℃時，濃度30g/L,粘度至少達0.25Pa·s,則稱為高粘度淀粉：在65~66℃時，濃度300g/L,而粘度低至0.08Pa·s,則稱為低粘度淀粉。

② 要求易于吸附在纖維上，經淀粉表面施膠過的紙，在損紙回用時，非陽離子化的淀粉易從 纖維上脫離，溶解并進入白水中，不僅會造成白水中BOD、COD值上升，.且會降低細小纖維和填料的留著。如采用氧化淀粉表面施膠。在損紙回用過程中，當成漿中氧化淀粉含量達2%時，助留劑用量要增加8倍才能達到原有的留著水平，而采用陽離子淀粉表面施膠，當損紙回用時，陽離子淀粉仍牢牢地吸附在纖維上。這樣,淀粉可以被循環使用，既節省了其用量，又有利于留著率和物理強度的提高。

③ 要求冷卻時不會凝膠（即要求糊液穩定性好）且成膜性能要好。

(2)避免直鏈淀粉結晶現象的發生

一般淀粉糊液在67~69℃的臨界溫度內保溫時，直鏈淀粉容易產生結晶，較難通過施膠區而滯留于施膠槽中，增加了施膠液的粘度和固含量,嚴重時結晶的直鏈淀粉含量可達25%~30%,從而造成上膠量的波動。另外，部分結晶體通過施膠壓榨區附在紙頁上，由于結合力差，易脫落下來附在輥子、烘缸和毛毯上，結果造成紙面不整潔，影響外觀和印刷。

許多紙廠對這一現象的實質往往沒有充分認識。生產中發生上述類似現象時，造紙工作者往往通過提高施膠溫度到71~82℃,希望能得到解決，結果適得其反，反而加劇了直鏈淀粉的結晶。 另一個常采用的是降低施膠液粘度的辦法，'但是粘度降低，增加了紙對膠液的吸收，對提高表面 強度不利，這也是不了解直鏈淀粉結晶現象的結果。

解決的辦法是避開直鏈淀粉的結晶敏感溫度范圍67~89℃,考慮到在較低溫度下淀粉容易發 生膠凝和老化（凝沉)現象.因此建議貯存和使用時的溫度控制在63~66℃為宜。若這一點做不到，貯存溫度及出料溫度應超過90℃。

2.4 在涂布粘合中的應用技術

涂布與表面施膠都是將化學品作用在紙的表面上。但兩者之間存在著許多不同，其中最基本的區別是：

① 表面施膠往往只用膠粘劑，而涂布則既用膠粘劑又用顏料等。

② 通常表面施膠的膠料是被壓榨到紙頁內的，而涂布的顏料則只涂在紙的表面。

表面施膠與涂布之間存在明顯的半成品關系，涂布是在施膠壓榨的半成品上進行的。

2.4.1 變性淀粉在涂布配方中的主要作用

變性淀粉是涂布配方的重要組分，主要用作膠粘劑。具有下列優點：

① 具有良好的粘結性能，能使顏料顆粒相互粘結并粘附在紙張上。

② 具有良好的保水性，能防止涂料在制作時出現脫水現象。

③ 能提供刮刀涂布時的流變性。

④ 有較寬的粘度范圍.可滿足大多數涂料的粘度要求。

⑤ 與許多合成膠乳具有良好的相容性，且能改善合成膠乳的性能等。

2.4.2 涂布配方中的變性淀粉品種

涂布用變性淀粉約占造紙工業變性淀粉總用量的8%,與漿內添加的用量相近。用作涂布膠粘劑的變性淀粉主要有熱一化學轉化淀粉、酶變性淀粉、氧化淀粉、羥烷基淀粉、酯化淀粉等。

3 變性淀粉的綜合應用技術

一個造紙化學品的應用成功，往往要經歷3個階段：簡單應用+協調應用+綜合應用。

對于一個新的造紙化學品，起初紙廠還缺乏認識，研制者對產品性能也缺乏全面了解，必然 有一個探索完善的過程，其應用工藝也不可能十分復雜。當然應用效果也不可能充分發揮，這就是所謂的簡單應用階段。

通過對簡單應用的分析總結，發現這個化學品與其他化學品之間還存在著相輔相成的效果，即所謂的協同效應。利用協同效應逐步地發展成二個或多個化學品的共用技術。共用的結果，避免了個別化學品中的不足，充分發揮了各自的長處。隨著新的化學品的不斷涌現，新的造紙技術 不斷產生，協調應用技術將是一個永無止境的研究課題。

無論是簡單應用還是協同應用，其應用效果還與工廠本身的生產工藝條件和管理水平等密切相關。要取得更好的應用結果，還得對工廠各種因素進行綜合優化，最大限度地發揮助劑的綜合 效能，降低工廠生產成本，提高產品質量，提高經濟、社會效益，這就是綜合應用技術。協調應用技術是在簡單應用技術基礎上發展起來的，又是實現綜合應用技術的重要中間環節。紙廠只有正確掌握了變性淀粉的綜合應用技術，才能取得最佳的使用效果。

3.1 簡單應用

這里所指的簡單應用是以變性淀粉作為應用主體的應用技術，盡管應用方法簡單，但要取得 好的應用效果，還應注意以下幾方面：

① 與生產單位密切配合，認真細致地制訂好應用方案，做好充分的準備。

② 組織好試驗班子，落實好誰主管誰負責。從現場指揮，到紙樣分析，紙機工藝等都有專人負責。

③ 試驗結束后要認真作出經濟技術評價，并制訂出正常應用的操作規程。正常應用后還應及時發現問題，不斷改進提高。

④ 正常應用后還應及時發現問題，不斷改進提高。

一個好的產品還要有正確的應用方法和技術加以保證。若使用不當，不僅不能取得好的應用效果，反而會影響紙的抄造：

如：糊化不完全，會影響應用效果，甚至產生粘缸、粘網的現象；添加濃度過大，會使紙漿 與纖維結合不均勻，造成局部嚴重絮凝，紙頁不勻，強度下降。此外，添加量、添加地點、添加 順序等都會影響應用效果。故找到最佳方案很重要。這些已在前面幾節中陸續作了介紹，這里僅簡單提及。

3.2 協調應用

在造紙上，單一的化學品往往難以取得好的效果。填料沒有助留劑難以留著在纖維上；松香膠沒有明礬難以定著在纖維上達到施膠效果。這些僅是最簡單的例子?，F代造紙技術對紙的質量和功能特性要求越來越高，具有各種功能特性的造紙化學品也越來越多，不同化學品之間的協調結果往往會取得相乘或相加的效果。在同樣的添加成本下，用單一的化學品是難以達到的，紙廠只有充分利用化學品間的協同效應，才能以最低的添加成本，取得最好的應用效果。這也就是我們為什么要充分重視化學品間協同應用技術的根本原因。

近年來，國外對造紙化學品的協同應用技術的研究已取得許多成果。在同一個紙種上采用多種化學添加劑已成為一種趨勢。以白紙板為例，在濕部廣泛采用助留劑、助濾劑和增強劑；在層 間采用層間粘合劑：在表面采用表面施膠劑：同時還采用由多種化學組分組成的涂料進行涂布加工。如果哪一個環節沒有采用化學添加劑，都將嚴重影響成紙的質量。

我國造紙化學品的開發和應用起步較晚，但對具有協同作用的化學品及其協同作用機理的研究也已取得許多可喜的成績。如上世紀80年代末，我國開始中性抄紙技術以來，已分別在銅版原紙、照相原紙、水松原紙及文化用紙等紙種上獲得越來越廣泛的應用。其中的關鍵技術就是用好由PAM和中性施膠專用變性淀粉HR組成的雙元助留系統。又如草木漿增強劑HC-3就是利用協調機理把陰離子、陽離子和具有增效作用的非離子基團同時引入淀粉分子中，從而取得明顯的增強效果。已為我國許多大中型紙廠廣泛應用。由于不僅對于木漿、草漿和二次纖維漿具有明顯的增強效果，而且可以用低檔漿替代高檔漿（以草代木），替代率可達到10%-30%,具有明顯的經濟及社會效益，非常符合我國的國情，深受造紙企業的歡迎。

結語

無論生產何種紙，紙廠都有自己相應的制造工藝。如漿料的配比、打漿度、施膠劑的用量及紙機車速、蒸汽壓、定量、水分等，工藝參數都應控制在一定范圍內。然而變性淀粉的應用將會對上述體系產生相應的改變。因此，要達到最佳的應用效果，除采用協調應用技術外，還必須對造紙工藝參數進行相應的調整，如：

(1)使用助留助濾劑后紙漿的打漿度會明顯下降，而打漿度的下降意味著濾水性的改善，在紙機上可出現水線前移，伏輥真空度下降，成紙水分下降等現象。如在高草漿配比的紙漿中使用高取代度陽離子淀粉，打漿度下降值可達到10oSR左右，這時應采取提高車速（進而可增加紙的產量,或降低烘缸的蒸汽壓（可以減少能耗）等辦法。

(2)使用增強劑后，抗張、耐破、耐折等強度指標明顯提高，而撕裂度有時會出現下降的現象。這是因為紙張的裂斷長：耐破度和耐折度主要依賴于纖維的結合力（一股隨打漿度提高而提高）其次是纖維的平均長度，當打漿到一定程度，纖維平均長度明顯下降時，會發生一個下降的轉折點。變性淀粉的加入，增加了纖維間的結合力，因而對裂斷長、耐破度、耐折度等物理指際能明顯改善而撕裂度則不同，影響撕裂度的原因主要是纖維平均長度，其次才是纖維結合力和纖維強度。打漿初期，隨著打漿度提高，纖維結合力起主導作用，撕裂度上升。隨著打漿度增加，纖維平均長度起主導作用，撕裂度明顯下降，而且撕裂度較裂斷長、耐破度、耐折度更容易達到 下降的轉折點。變性淀粉的應用，提高了細小纖維與填料的留著，使纖維的平均長度下降，所以撕裂度的下降是很自然的。然而在其他強度指標明顯提高的前提下，通過縮短打漿時間來保證撕裂度指標是行之有效的辦法?？s短打漿時間不僅可以提高撕裂度，節約用電，還可以減少細小纖維的含量。

(3)如果使用助留、助濾劑后紙張強度下降，或提高不明顯時，可采用以下方法：

將變性淀粉添加部位往打漿方向移動，同時降低添加濃度（1%)以保證助劑與纖維均勻接觸，避免局部過度絮凝。

在保證灰分提高的前提下，適當降低填料的用量。選用同時具有增強、助留功效的助劑。

(4)如果發現使用變性淀粉后紙張白度有所下降時，可采用：

增白劑與變性淀粉的添加地點盡可能相隔較遠減少相互作用的機會，建議在打漿時加入?？刹捎脧秃咸盍咸岣甙锥??？稍诒砻媸┠z中加入增白劑，這樣可避開助劑間的相互影響。

(5)在紙張強度明顯提高后，可通過增加草類纖維或二次纖維的配比，以減少木漿用量來降低造紙成本、國內不少紙廠已取得許多成功的經驗。