阳离子淀粉在生活用纸中的应用

贾荣智 罗士余 白露露 刘猛 山东太阳纸业股份有限公司

淀粉作为一种可再生、可生物降解的天然高分子物质，是仅次于纤维素储量的第二大生物质材料[1]。天然淀粉用于工业生产中具有许多性质上的不足之处，如不溶于冷水、淀粉糊易老化脱水、成膜性差、缺乏乳化力、耐药性和耐机械性差等，而通过使用化学或物理方法处理天然淀粉后，能改善其部分物理特性使之符合某种特定工业用途的要求，这种处理过程称为淀粉的变性[2]。

经过改性后的阳离子淀粉带有正电荷，因此对带有阴电荷的物质有很好的亲和性，且结合后稳定性强，不可逆性高，所以改性后的阳离子型淀粉是造纸工业中非常重要的化学助剂[3]，应用范围从湿部浆料增强、助留助滤，不断扩展到ASA施胶剂乳化、表面施胶、涂料胶粘剂、层间喷淋等造纸过程，甚至在纸张后加工如胶粘剂以及纸厂污水处理方面的应用也越来越多，并对纸张品质的提升、废纸的循环利用、木材资源的节约利用及成本的节降等起到了非常重要的作用[4]。

本文主要探讨在新月型卫生纸机上通过添加阳离子淀粉（DS-SCS16），跟踪在实际生产中的使用效果，验证是否适用于新月型卫生纸机系统，来达到改善纤维间结合力，提高成纸强度，提高湿部留着率，平衡系统电荷，减少浆耗，改善生产运行，降低抄造成本的要求。

DS-SCS16是一种阳离子型水溶性淀粉分散液，能以任何比例溶于水，在造纸过程中有很好的助留效果，并且对成纸有一定增强作用。具有以下显著的优点：产品稳定性好，使用方便，用量少，相比普通的阳离子淀粉具有更好的应用效果。本产品可以省去常规阳离子淀粉的熬制糊化步骤，简化工艺过程、降低能耗。

1 阳离子淀粉应用情况

1.1 DS-SCS16型号阳离子淀粉物理性质

1.2 阳离子淀粉作用机理

阳离子淀粉是在淀粉葡萄糖单元2,3,6位上的活性羟基被阳离子基团（如季铵盐所含）取代，因此与表面带负电荷的纤维具有较强的吸附力，根据电位理论，纸浆的Zeta电位受化学品Zeta电位的影响，添加阳离子助剂，会降低纸浆的Zeta负电位，会产生絮凝现象，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，滤水性能改善，脱水加快，节约能耗[5]。

图1 季铵型阳离子淀粉分子示意图

1.3 阳离子淀粉添加点

为了达到不同的效果，阳离子淀粉的添加位置也不同。为达到增强作用，阳离子淀粉应添加在冲浆泵之前；如果为达到助留助滤作用，阳离子淀粉应添加在冲浆泵与压力筛之间，如下图所示。

图2 阳离子淀粉添加位置与作用示意图

2 阳离子淀粉使用效果跟踪

本文中的生产条件为：生产16.0g/m²卫生纸原纸，纸机车速稳定在1600m/min。

2.1 纸机湿部变化

对未添加阳离子淀粉前48h和添加阳离子淀粉后48h纸机首程留着率、网下白水浓度数据对比，如图3、图4所示。

图3 首程留着率变化情况

图4 白水浓度变化情况

由图3、图4可以看出：添加阳离子淀粉与未添加阳离子淀粉相比，网下白水浓度平均下降约0.01个百分点，首程留着率平均提高约2.4个百分点。由此可见，添加阳离子淀粉可以提高湿部留着率，减少浆耗，降低抄造成本。

2.2 系统电荷变化

对未添加阳离子淀粉前48h和添加阳离子淀粉后48h纸机系统电荷数据对比如图5所示。

图5 系统电荷变化情况

由图5可以看出：在系统添加阳离子淀粉后，系统电荷降低约10%左右，阳离子淀粉能够吸附部分系统阴离子物质，平衡系统电荷。

2.3 成纸强度变化

对未添加阳离子淀粉前48h和添加阳离子淀粉后48h成纸强度数据对比如图6、图7所示。

图6 纸张纵向抗张指数变化情况

图7 纸张横向抗张指数变化情况

由图6、图7可以看出：添加阳离子淀粉后，由于阳离子淀粉对表面带负电荷的纤维具有较强的吸附力，系统中纤维间氢键数量增加，使纤维之间的结合力增强，增加成纸强度。其中，纵向抗张强度提升10%左右，横向抗张强度提升6%左右。由此可见，添加阳离子淀粉可以改善纤维间结合力，提高成纸强度。

3 阳离子淀粉最佳使用量的探索

阳离子淀粉添加量从2kg/t纸用量开始，逐步提高到10kg/t纸用量，通过检测不同用量下的成纸抗张指数从而找到最佳使用量。

由图8可以看出：阳离子淀粉添加到系统后，吨纸添加量2～4kg成纸强度指标没有明显的变化；吨纸添加量在4～8kg成纸强度指标有一定的上升；吨纸添加量在8～10kg成纸强度指标基本稳定不再上升。可见阳离子淀粉添加量有一个最佳的范围，添加量太少效果不明显，过量添加造成浪费的同时可能对系统还有一定的副作用。

4 阳离子淀粉对生产运行的影响

通过在系统内添加阳离子淀粉发现，合适的添加量会提高湿部留着率、提高成纸强度和一定程度吸附系统的阴离子物质，生产运行比较稳定，纸机断纸减少。但是在探索最佳使用量时发现，过量的淀粉残留在系统内，随着封闭循环时间的延长将造成浆料白水系统紊乱，系统内微生物滋生快，从而影响到生产运行和产品质量。可见对淀粉用量的控制需要针对不同系统进行探索，从而找到最佳使用量，以起到一个良好的作用效果。

5 阳离子淀粉在生活用纸中的应用结论

将阳离子淀粉添加到生活用纸生产中，从纸机湿部情况、成纸强度、生产运行等方面研究其实际应用情况。

纸机系统湿部情况：使用阳离子淀粉后，可以提高湿部留着率，其中，网下白水浓度下降约0.01个百分点，首程留着率提高约2.4个百分点，阳离子淀粉能够吸附部分系统阴离子物质，平衡系统电荷。

成纸强度情况：在添加阳离子淀粉后，可以改善纤维间结合力，提高成纸强度。其中，纵向抗张强度提升10%左右，横向抗张强度提升6%左右。

合适的添加量会提高湿部留着率、提高成纸强度和一定程度吸附系统的阴离子物质，生产运行比较稳定，纸机断纸减少。

综上，阳离子淀粉在生活用纸中的应用需针对不同纸机系统环境，探索出适合的添加工艺，从而优化生产工艺，保证产品质量和生产运行的同时降低了生产成本，达到一个良性生产运行效果。