常用表面施胶淀粉的制备工艺

常用表面施胶淀粉的制备工艺

摘要：本文主要介绍了酶转化淀粉和氧化淀粉的制备工艺、质量控制以及它们用于表面施胶的优缺点。目前，越来越多的包装纸制造商都开始采用表面施胶工艺。引发此趋势的原因，其一是成纸质量要求的不断提高，包装纸(...

摘要：本文主要介绍了酶转化淀粉和氧化淀粉的制备工艺、质量控制以及它们用于表面施胶的优缺点。

目前，越来越多的包装纸制造商都开始采用表面施胶工艺。引发此趋势的原因，其一是成纸质量要求的不断提高，包装纸(特别是瓦楞纸)都趋向于低定量、高强度、重施胶度，同时由于废纸的回收利用率越来越高，浆料将越来越差，而表面施胶可以改善、弥补这一缺陷，实现提升成纸强度；其二是表面施胶的成本大大低于浆内施胶，施胶成本低，施胶可控性好于浆内施胶；其三是采用表面施胶后湿部系统可以不添加施胶剂和硫酸铝等，白水的清洁度和循环回用率大幅提升，可以大大降低废水处理的压力甚至做到零排放；其四是表面施胶可以改善成纸的印刷性能。

在造纸上，以淀粉为主用作表面施胶的形式主要有三种：变性淀粉单独施胶、变性淀粉配合表面施胶剂施胶、用原淀粉自制施胶变性淀粉配合表面施胶剂施胶。目前应用比较多的是后二者，最多的是用原淀粉自制施胶淀粉施胶，其优势主要有三点：a、成本低廉，每吨自制施胶淀粉要比外购成品淀粉低l000元左右，b、制备工艺比较简单，质量好控制，c、可以根据纸机的实际情况和成纸要求对淀粉糊液指标进行优化。

1 酶转化淀粉的制备工艺流程及其应用于表面施胶的优劣势

1．1 连续转化、蒸煮自动化工艺

目前大型造纸商基本上采用自动化转化工艺，其工艺流程如下：

1.1.1 投料。将外购的原淀粉投入底部带有螺旋输送机的料仓内。注意防止杂物进入料仓。由于在投料过程中会产生大量粉尘，为保护操作人员健康，料仓需连接脉冲袋式除尘器。每批进厂原料都需取样，严格按质量标准检测。

1．1．2 分散。分散槽带有电子秤装置。在加入设定好的数量的水和杀菌剂后，搅拌器启动，转速一般在500rpm左右，此时淀粉通过螺旋输送机加入到分散槽，螺旋输送机电机与电子秤联锁，达到规定加入量时自动停止。分散完毕后分散槽内要求不能有沉淀、漂浮物和块状物。

分散好的淀粉悬浮液通过50—80目过滤器送至带搅拌器的贮存槽贮存。淀粉悬浮液极易沉淀，贮存槽搅拌器须保持50rpm左右的转速。有条件的话，分散槽可设在贮存槽上一层楼面，以便物料通过重力输送。

1．1．3 加酶。一般采用在线连续添加方式。加酶计量泵同淀粉悬浮液泵联锁，根据配比控制加酶计量泵的变频电机的频率，从而实现精确添加。

1．1．4 加温转化。(当淀粉糊贮存槽液位达到既定的低位时)淀粉被泵送到带有蒸汽加温和搅拌器的转化槽内。转化温度一般控制在60—80℃，因酶的型号不同转化温度会有所差异，

淀粉在转化器内的转化时间在15min左右，转化槽搅拌器转速50-60rpm，以保证转化均匀。转化情况通过监测物料的粘度来确定，粘度检测装置通过在小回路泵送物料时的电流等自动测定物料粘度。一旦达到预定的粘度，即达到期望的转化要求，物料即被泵送至连续蒸煮器糊化。

1．1．5 在连续蒸煮器内，高温高压的蒸汽被直接加入到物料管道内，淀粉液被瞬间加热，高温差和压力使得淀粉迅速吸水膨胀、分裂、糊化，同时物料内的酶也失去了活性，反应中止。蒸煮后的淀粉糊经加热水在线稀释到预定固含量(同时达到降温的目的)后送人贮存槽贮存。糊化温度控制在125℃左右，太低会造成糊化不完全。连续蒸煮器的蒸汽自动阀、温度传感器和淀粉泵变频电机联锁，控制糊化温度的稳定。

1．1．6 糊液贮存槽的温度控制在60℃以上，采用夹套槽通蒸汽保温。保持搅拌速度30—40rpm。

1．1．7 胶料计量上机：可根据纸机需要，选择变频泵或恒速泵。施胶剂的计量泵可与产纸量(定量、车速)联锁，也可以和上施胶机的淀粉总含固量联锁。可采用热水在线稀释的方式，满足不同施胶机的需要。

为防止管道内的淀粉悬浮液沉淀及管道内的糊液吸附管壁，保持管道洁净，防止细菌滋生，除使用杀菌剂以外，制备系统应设置冲洗管道和自动清洗程序。

连续转化的优点是，自动化程度高，制出的糊液指标比较稳定，劳动强度小，缺点是投资比较大，对维护人员的要求高，适合大厂采用。

1．2 问歇转化、蒸煮自动化工艺

此法原理与上法相同，只是转化、糊化在一个槽内进行，手动操作。为多数小厂采用。工艺流程如下：

1．2．1 加人计算好的量的水，开搅拌器，加入淀粉分散完毕后计量加酶，搅拌器转速为50-60rpm。

1．2．2 在25—30min内加温到反应温度，并保温l0—15min。

1．2．3 在10—15min内升温到95℃，此时淀粉酶失活，反应终止，保温10min后将糊液打入带夹套保温的贮存槽。

1．2．4 稀释、贮存。在糊液贮存槽内加入计算好的热水调节固含量和温度，并保持糊液温度不低予60℃。可根据需要添加少量片碱调节上机pH值。

1．2．5 施胶剂连续添加，也可在贮存槽内间歇添加。间歇添加须考虑施胶剂的耐温性。间歇转化的优点是，设备简单，维护简单，投资小，缺点是，批次与批次之间的糊液质量可能有波动，劳动强度稍大。

1．3 工艺要点

1．3．1 淀粉酶一般采用中温α-淀粉酶，酶活力一般为2000—3000u／ml(60℃、PH6．0条件下，l毫升酶液l小时液化可溶性淀粉1克成为糊精为l个酶活力单位。用u／ml表示；一般按每克淀粉用4-l0个单位计算。酶的活性也有用wv／ml表示的。)。其作用机理为水解淀粉的α-1，4葡萄糖苷键，将淀粉的长分子链水解为短分子链，酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速下降，水解生成糊精及少量葡萄糖和麦芽糖等。由于酶、淀粉的种类不同等原因，酶的用量在0．05％-0．6％(对淀粉绝干量)。反应温度在60～80℃之间，温度太高反应速

度会加快，但失活速度也会加快，温度太低反应时间又会太长。pH范围为5．5～7．5，最适宜的PH范围6．0—7．0。有些品牌的酶要求低温贮存，需要配置冷藏柜。

1．3．2 工艺水中钙离子浓度过高会影响转化，造成糊液粘度过高，影响施胶。在硬水地区和季节性硬水地区，应使用去离子水。

1．3．3 有资料显示，生产用水含铁量高或硬度大，可能产生絮凝物[1]。

1．3．4 蒸汽含水量会影响最终固含量，注意控制蒸汽含水量。为保证糊化温度和固含量，应使用蒸汽专管。

1．3．5 由于木薯原淀粉中支链淀粉的比率比较高，高达83％以上，原淀粉最好使用木薯淀粉。也可以使用玉米淀粉或小麦淀粉，但要注意，小麦淀粉的蛋白质含量过高时，会影响转化。在淀粉种类发生变化时，要适时改变酶的用量；在采用间歇蒸煮的工厂，还要注意调整糊化升温曲线。淀粉的迸厂检测可参照工业薯类淀粉国家标准。

1．3．6 淀粉悬浮液的固含量控制在20％-25％，淀粉的加入注意要匀速，加人速度不能太快，否则容易产生结块现象。

1．3．7 定期用碱液串洗工艺管道，去除管壁附着物。

1．4 酶转化淀粉用于表面施胶的优点[2]是胶液粘度低，流动性好，透明度较高，其不但可以吸附在纸面上，还可以向纸内渗透，提高纤维结合力，改善成纸的表面强度、外观和印刷性能。酶转化淀粉与各种类型的表面施胶剂的配伍性也很好。酶转化淀粉的制备简单，转化均匀，后期施胶波动小，省时、省费用，无污染。其缺点是，对水的要求高，酶的保存比较复杂。

2 氧化淀粉的制备工艺流程及其应用于表面施胶的优劣势

2．1 这里介绍目前较多造纸商所采用的次氯酸盐或过硫酸盐(如过硫酸铵)氧化淀粉工艺。其工艺流程如下：

2．1．1 加入计算好的量的水，开搅拌器，加入淀粉分散好后加入规定重量的氧化剂，并搅拌均匀。搅拌器转速为50—60rpm，淀粉悬浮液的固含量控制在20％-25％，氧化剂的用量根据最终粘度等工艺要求调节(过硫酸铵的用量为0．3％-0．5％)。

2．1．2 在25—30min内加温到95℃，并保温30—40min。添加少量片碱调节pH终止反应，也有厂家不加碱。可根据需要添加适量的硫酸铝。

2．1．3 贮存。将糊液打人带夹套保温的贮存槽。加入热水调节固含量至l0％左右，同时起到降温作用。保持糊液温度不低于60℃。

2．1．4 施胶剂连续添加，也可在贮存槽内间歇添加。间歇添加须考虑施胶剂的耐温性。2．2 工艺要点

2．2．1 原淀粉一般使用玉米淀粉或小麦淀粉，以玉米淀粉居多。工厂实例证明，当淀粉的蛋白质含量过高时，会影响氧化，造成糊液粘度过高。

2．2．2 氧化剂的最好在淀粉完全分散好后在缓慢加入，否则可能影响氧化效果。

2．2．3 保证蒸汽压力，升温时间和蒸汽含水量要控制好。

2．2．4 有些表面施胶剂要配合硫酸铝使用。硫酸铝调节pH值后，可以缓解反应型表面施胶剂的水解，硫酸铝的加入可能对成纸的强度有帮助；但硫酸铝的加入会造成管道和施胶包胶辊的损害。