陽離子淀粉在生活用紙中的應用

賈榮智 羅士余 白露露 劉猛 山東太陽紙業股份有限公司

淀粉作為一種可再生、可生物降解的天然高分子物質，是僅次于纖維素儲量的第二大生物質材料[1]。天然淀粉用于工業生產中具有許多性質上的不足之處，如不溶于冷水、淀粉糊易老化脫水、成膜性差、缺乏乳化力、耐藥性和耐機械性差等，而通過使用化學或物理方法處理天然淀粉后，能改善其部分物理特性使之符合某種特定工業用途的要求，這種處理過程稱為淀粉的變性[2]。

經過改性后的陽離子淀粉帶有正電荷，因此對帶有陰電荷的物質有很好的親和性，且結合后穩定性強，不可逆性高，所以改性后的陽離子型淀粉是造紙工業中非常重要的化學助劑[3]，應用范圍從濕部漿料增強、助留助濾，不斷擴展到ASA施膠劑乳化、表面施膠、涂料膠粘劑、層間噴淋等造紙過程，甚至在紙張后加工如膠粘劑以及紙廠污水處理方面的應用也越來越多，并對紙張品質的提升、廢紙的循環利用、木材資源的節約利用及成本的節降等起到了非常重要的作用[4]。

本文主要探討在新月型衛生紙機上通過添加陽離子淀粉（DS-SCS16），跟蹤在實際生產中的使用效果，驗證是否適用于新月型衛生紙機系統，來達到改善纖維間結合力，提高成紙強度，提高濕部留著率，平衡系統電荷，減少漿耗，改善生產運行，降低抄造成本的要求。

DS-SCS16是一種陽離子型水溶性淀粉分散液，能以任何比例溶于水，在造紙過程中有很好的助留效果，并且對成紙有一定增強作用。具有以下顯著的優點：產品穩定性好，使用方便，用量少，相比普通的陽離子淀粉具有更好的應用效果。本產品可以省去常規陽離子淀粉的熬制糊化步驟，簡化工藝過程、降低能耗。

1 陽離子淀粉應用情況

1.1 DS-SCS16型號陽離子淀粉物理性質

1.2 陽離子淀粉作用機理

陽離子淀粉是在淀粉葡萄糖單元2,3,6位上的活性羥基被陽離子基團（如季銨鹽所含）取代，因此與表面帶負電荷的纖維具有較強的吸附力，根據電位理論，紙漿的Zeta電位受化學品Zeta電位的影響，添加陽離子助劑，會降低紙漿的Zeta負電位，會產生絮凝現象，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，濾水性能改善，脫水加快，節約能耗[5]。

圖1 季銨型陽離子淀粉分子示意圖

1.3 陽離子淀粉添加點

為了達到不同的效果，陽離子淀粉的添加位置也不同。為達到增強作用，陽離子淀粉應添加在沖漿泵之前；如果為達到助留助濾作用，陽離子淀粉應添加在沖漿泵與壓力篩之間，如下圖所示。

圖2 陽離子淀粉添加位置與作用示意圖

2 陽離子淀粉使用效果跟蹤

本文中的生產條件為：生產16.0g/m2衛生紙原紙，紙機車速穩定在1600m/min。

2.1 紙機濕部變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h紙機首程留著率、網下白水濃度數據對比，如圖3、圖4所示。

圖3 首程留著率變化情況

圖4 白水濃度變化情況

由圖3、圖4可以看出：添加陽離子淀粉與未添加陽離子淀粉相比，網下白水濃度平均下降約0.01個百分點，首程留著率平均提高約2.4個百分點。由此可見，添加陽離子淀粉可以提高濕部留著率，減少漿耗，降低抄造成本。

2.2 系統電荷變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h紙機系統電荷數據對比如圖5所示。

圖5 系統電荷變化情況

由圖5可以看出：在系統添加陽離子淀粉后，系統電荷降低約10%左右，陽離子淀粉能夠吸附部分系統陰離子物質，平衡系統電荷。

2.3 成紙強度變化

對未添加陽離子淀粉前48h和添加陽離子淀粉后48h成紙強度數據對比如圖6、圖7所示。

圖6 紙張縱向抗張指數變化情況

圖7 紙張橫向抗張指數變化情況

由圖6、圖7可以看出：添加陽離子淀粉后，由于陽離子淀粉對表面帶負電荷的纖維具有較強的吸附力，系統中纖維間氫鍵數量增加，使纖維之間的結合力增強，增加成紙強度。其中，縱向抗張強度提升10%左右，橫向抗張強度提升6%左右。由此可見，添加陽離子淀粉可以改善纖維間結合力，提高成紙強度。

3 陽離子淀粉最佳使用量的探索

陽離子淀粉添加量從2kg/t紙用量開始，逐步提高到10kg/t紙用量，通過檢測不同用量下的成紙抗張指數從而找到最佳使用量。

由圖8可以看出：陽離子淀粉添加到系統后，噸紙添加量2～4kg成紙強度指標沒有明顯的變化；噸紙添加量在4～8kg成紙強度指標有一定的上升；噸紙添加量在8～10kg成紙強度指標基本穩定不再上升?？梢婈栯x子淀粉添加量有一個最佳的范圍，添加量太少效果不明顯，過量添加造成浪費的同時可能對系統還有一定的副作用。

4 陽離子淀粉對生產運行的影響

通過在系統內添加陽離子淀粉發現，合適的添加量會提高濕部留著率、提高成紙強度和一定程度吸附系統的陰離子物質，生產運行比較穩定，紙機斷紙減少。但是在探索最佳使用量時發現，過量的淀粉殘留在系統內，隨著封閉循環時間的延長將造成漿料白水系統紊亂，系統內微生物滋生快，從而影響到生產運行和產品質量?？梢妼Φ矸塾昧康目刂菩枰槍Σ煌到y進行探索，從而找到最佳使用量，以起到一個良好的作用效果。

5 陽離子淀粉在生活用紙中的應用結論

將陽離子淀粉添加到生活用紙生產中，從紙機濕部情況、成紙強度、生產運行等方面研究其實際應用情況。

紙機系統濕部情況：使用陽離子淀粉后，可以提高濕部留著率，其中，網下白水濃度下降約0.01個百分點，首程留著率提高約2.4個百分點，陽離子淀粉能夠吸附部分系統陰離子物質，平衡系統電荷。

成紙強度情況：在添加陽離子淀粉后，可以改善纖維間結合力，提高成紙強度。其中，縱向抗張強度提升10%左右，橫向抗張強度提升6%左右。

合適的添加量會提高濕部留著率、提高成紙強度和一定程度吸附系統的陰離子物質，生產運行比較穩定，紙機斷紙減少。

綜上，陽離子淀粉在生活用紙中的應用需針對不同紙機系統環境，探索出適合的添加工藝，從而優化生產工藝，保證產品質量和生產運行的同時降低了生產成本，達到一個良性生產運行效果。