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幸运飞艇变性淀粉的发展及在造纸中的应用

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-01-14 20:18:46【

  变性淀粉的发展及在造纸中的应用_城乡/园林规划_工程科技_专业资料。变性淀粉的发展及在造纸中的应用

  论 文!报 告!综 述 变性淀粉的发展及在造纸中的应用 %’()*+, -./ 012)13 变性淀粉的发展及在造纸中的应用 安俊健 ! 李新平 & 陕西科技大学造纸工程学院 ! 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室 ! 陕西 咸阳 6$#&7$ ’ 摘 要 !变 性 淀 粉 作 为 一 种 重 要 的 化 工 助 联淀粉 # 复合变性淀粉 # 接枝共聚淀 粉和淀粉塑料等二 # 三代产品 ! 开始 形成系列化 尽管我国变性淀粉的 工业生产得到了长足发展 ! 但总体 来说 ! 我国变性淀粉的生产企业规 模较小 ! 工艺水平不高 ! 专用产品 少 ! 缺乏产品质量标准 ! 应用研究较 差 ! 还落后于国际先进水平 ($) 作为功能性成分用于多种食品 &’ 生物降解塑料的开发与应 用 ! 世界上许多国家已禁止生产非 降解塑料 生物降解塑料在国外已 成为一个新的工业部门 ! 每年创造 着数以亿计的巨大财富 随着公众 环境意识的增强 ! 生物降解塑料会 逐渐取代非降解塑料 &!’ 淀粉粘合剂的开发和应用 ! 淀粉经过物理或化学方法加工成可 溶性的糊精 # 羟乙酰淀粉等多种形 式 ! 配合相应的添加剂就可制得性 能各异的淀粉粘合剂 淀粉粘合剂 无毒 # 无味 # 无 残 留 氧 化 物 ! 成 膜 性 能好 ! 具有良好的粘合性能 ! 作为一 种生态材料 ! 在应用中将逐步取代 一些有毒的 # 由石油化工品合成的 胶粘剂 (#) 在造纸工业中 ! 变性淀粉也有 了一些新的发展 ! 表现在 %! 更加重 视发展专用性强的产品 ! 新的产品 向两性或多元变性方向发展 ! 既进 行阳离子变性又进行阴离子变性及 非离子淀粉 这些产品的使用降低 了纸张的生产成本 ! 使企业获得了 更好的利润 更加重视环境保 护 ! 发展高留着型产品 高留着型淀 粉将大量取代氧化淀粉 主要因为 氧化淀粉在纸张上的留着率低 # 更加重视应用技术的研究 变性淀 粉在造纸工业中的应用技术已从单 一品种的应用发展成为多品种协调 应用和优化纸机生产工艺的综合应 用 ! 同时加强对有关应用理论和机 理的研究 (5) 剂在化 学 工 业 的 生 产 中 具 有 十 分 广 泛 的 用 途 在国 内 外 ! 变 性 淀 粉 的 工 业 生 产 都 得 到 了 不 同 程度的发展 本文简要介绍了变性淀粉的工业 生产现状! 并进一步分析了未来的发展趋势 在此基 础 上 又 详 细 阐 述 了 变 性 淀 粉 的 种 类 # 性 质及其在造纸行业中的应用现状 关键词 ! 变性淀粉 $ 发展 $ 造纸工业 $ 应用 中图分类号 !!#$# 文献标识码 !% & $%$ 变性淀粉的发展 变性淀粉的工业生产现状及 淀粉衍生物已有相当长的发展 目前 ! 变性淀粉的发展正朝着 下面的一些趋势发展 ! 这些趋势包 括生产高吸液材料的接枝共聚淀 粉 # 以淀粉为基料的脂肪替代品 # 发 展生物降解塑料 # 淀粉粘和剂的开 发等 &$ ’ 高吸液材料的接枝共聚淀 粉 ! 丙烯腈接枝共聚淀粉经皂化水 解能得到可吸自重几百甚至上千倍 无离子水的高吸液树脂 ! 这种树脂 制成的薄膜 # 颗粒或粉状物 ! 在日常 生活 # 工业 # 农业等各领域具有极高 的应用价值 &# ’ 以淀粉为基料的脂肪替代 品方兴未艾 ! 低脂和低胆固醇食品 可降低癌症和心脏病的发病率 以 淀粉为原料的脂肪替代物几乎可应 用于所有的需要添加油脂的食品 中 ! 尤其是在 蛋 黄 酱 # 人 造 奶 油 # 色 拉调味料 # 奶制品和焙烤制品中应 用效果最佳 &5 ’ 功能性膳食纤维的开发与 应用 ! 普通纤维食品口感粗糙 ! 质地 坚硬!不能令消费者满意 国外开发 的抗消化淀粉具有低持水性 #颗粒细 小和风味清爽的特点 抗消化淀粉的 微晶结构小于普通膳食纤维 !因此可 发展趋势 史 ! 尤其是在发达国家 ! 发展十分迅 速 !已有广泛的应用领域 目前世界 淀 粉 衍 生 物 的 品 种 有 # &&& 多 种 ! 欧美走在前面 据报道 ! 美国每年用 的 工 业 变 性 淀 粉 达 #&& 万 ’ 以 上 ! 日本也达 #! 万 ’ 以上 全世界生产 变性淀粉最大的公司有 % 美国国家 淀 粉 和 化 学 公 司 &())*’ 是 美 国 最 大 的 变 性 淀 粉 公 司 ! 荷 兰 +,-.公司是世界上最大的马铃薯淀粉公 司 ! 共研究开发了数百种变性淀粉 法 国 的 /0112 玉 米 淀 粉 工 厂 是 *3* 集团在欧洲的第二大厂 ! 每年生产 ! 万 ’ 变性淀粉 西德的汉高公司 ! 丹 麦 的 44) 克 罗 纳 公 司 均 生 产 多 种变性淀粉并出售成套的设备和专 门技术 变性淀粉是一种重要的化 工产品 ! 被广 泛 应 用 于 造 纸 # 纺 织 # 食品#饲料#医药 #日化#石 油 等 工 业 产品由氧化淀粉 # 酸解淀粉等一 代产品 ! 发展到现在的预糊化淀粉 # 糊精 # 多种酯化淀粉与醚化淀粉 # 交 !#$% &’($ )#*+ ,-. )/+’0 122!34*35!63# #! 论 文!报 告!综 述 $%&’()*+ ,-. /*0’*1 变性淀粉的发展及在造纸中的应用 !# 变性淀粉的种类 !! 预糊化淀粉 将原淀粉在 和化学性质方面与原淀粉有很大的 差异 #这些差异随转化度而异 $ !# 氧 化 淀 粉 淀粉在酸%碱% 中性介质与氧化剂作用 # 使淀粉氧 化 $ 氧化淀粉具有低粘度 % 高固体分 散性 #极小的凝胶化作用 $ 由于氧化 淀粉引入了羰基和羧基 # 使直链淀 粉的凝沉趋向降至最低限度 # 从而 保持粘度的稳定性 $ 氧化淀粉的糊 化温度比原淀粉低 # 因而易于糊化 $ 其糊化温度随着氧化程度的提高而 降低 $ !$ 交联淀粉 淀粉的醇羟基 与交联剂的多元官能团形成二醚键 或二酯键 # 使两个或两个以上的淀 粉分子之间 ( 架 桥 ) 在 一 起 # 呈 多 维 空间网络结构的反应 # 是淀粉的交 联反应 # 这种反应的产物即是交联 淀粉 $ 交联淀粉的糊粘度对热 % 酸和 剪切力影响具有高稳定性 $ 其稳定 性随交联化学键不同而有差异 $ 交 联淀粉具有较高的冷冻稳定性和冻 融稳定性 $ 交联淀粉颗粒的膨胀度 较原淀粉低 # 其热水溶解度也降低 $ !% 酯化淀粉 酯化淀粉是淀 粉酯化的产物 # 有淀粉磷酸酯 % 淀粉 醋酸酯 % 淀粉黄原酸酯 % 淀粉硫酸 酯 % 淀粉氨基甲酸酯等几种 $ 其中 # 淀粉磷酸酯是阴离子衍生物 # 是一 种良好的乳化剂 $ 淀粉磷酸酯分散 液能与动物胶 % 植物胶 % 聚乙烯醇及 聚丙烯酸酯相混合 $ 淀粉磷酸酯的 糊液具有较高的透明度 # 较高的粘 度 # 较强的胶 粘 性 # 糊 的 稳 定 性 高 # 凝沉性弱 # 冷却或长时间贮存也不 致凝结成胶冻 $ 淀粉醋酸酯糊化温 度降低 # 糊化容易 # 乙酰化程度越 高 # 糊化温度 越 低 # 糊 稳 定 性 较 好 # 凝沉性较弱 # 透明度好 # 膜柔软光 亮 $ 淀粉黄原酸酯溶液呈深黄色带 有浓重硫味的粘滞性溶液 $ 水溶性 淀粉黄原酸酯不易从水溶液中分 离 #加酒精能沉淀出来 $ 淀粉黄原酸 酯溶液不稳定 $ 另外 #它还能与重金 属离子进行离子交换 $ 淀粉硫酸酯 是强阴离子性的高分子物质 # 在无 机酸的作用下 # 酯会发生水解 # 在碱 性条件下是稳定的 $ 淀粉硫酸酯的 水溶液具有较高的粘度 # 糊液清晰 # 冷却后仍能保持稳定的粘度 $ 淀粉 氨基甲酸酯是将尿素和淀粉混合# 经气流干燥制得的产品 $ !& 醚化淀粉 醚化淀粉是淀 粉醚化作用的产物 # 具有良好的粘 度稳定性 $ 醚化淀粉有羟烷基淀粉 % 羧甲基淀粉 % 阳离子淀粉等几种 $ 羟 烷基淀粉有羟乙基淀粉 % 羟丙基淀 粉等 $ 羧甲基淀粉是一种阴离子淀 粉醚 # 是能溶于冷水的高分子电解 质 $ 阳离子淀粉是一类很重要的淀 粉醚衍生物 # 它是用各种含卤代基 或环氧基的有机胺类化合物 # 与淀 粉分子中的羟基进行醚化反应而生 成的含有氨基 # 并在氮原子上带有 正电荷的淀粉醚衍生物 $ !’ 接枝淀粉 接枝淀粉是淀 粉的接枝共聚物 # 是以亲水的 % 半刚 性链的淀粉大分子为骨架 # 与烯类 单体接枝共聚 # 引入不同官能团和 调节亲水 $ 亲油链段结构的比例 # 而 得到的聚合物$ 它们既有多糖化合物 的分子间作用力与反应性 #又有合成 高分子的机械与生物作用稳定性和 线形链展开能力$ 因此在高分子絮凝 剂 %高分子材料 %造纸工业助剂 %油田 化学材料 %可降解地膜和塑料等多方 面应用中具有优异的性能 *’+$ 一定量的水存在下进行加热处理 后 # 淀粉颗粒溶胀成为糊状 # 规则排 列的胶束被破坏 # 微晶消失 # 并且容 易接受酶的作用 # 这种状态的淀粉 称为预糊化淀粉 # 也叫 !$ 淀粉 $ 其 生产方法可分为喷雾法 % 挤压膨化 法 % 微波法和热滚法等 $ 预糊化淀粉 由于生产方法不同 # 其颗粒形状及 视密度也有差别 $ 喷雾法生产的产 品为空心球状 # 视密度小 $ 微波法生 产的产品为不规则的类球形 # 视密 度大 $ 热滚法与挤压法生产的产品 为薄片状 # 视密度在两种方法之间 $ 但无论哪种方法生产的预糊化淀 粉 # 它们的共同特点是能够在冷水 中溶胀溶解 # 形成具有一定粘度的 糊液#且其凝沉性比原淀粉小#使用方 便#因而广泛应用于食品等行业中$ !! 酸变性淀粉 用酸处理淀 粉 # 基本上不改变团粒形状即可产 生性质上具有工业价值的改性淀 粉 $ 该产品具有较低的热糊粘度 $ 但 酸变性淀粉由于酸水解作用而使淀 粉支化度降低 # 从而使酸变性淀粉 有相对较高的胶凝能力 $ 由于酸变 性淀粉粘度比原淀粉低得多 # 因此 可形成高浓度胶体 # 并且形成的胶 体强度和断裂强度都比原淀粉有显 著下降 # 即韧性增加 $ 另外 # 酸变性 淀粉组分的相对分子量随着流度的 升高而降低 $ ! 糊精 糊精通常可分为三 类 & 白糊精 % 黄糊精和英国胶 $ 它们 之间的差异在于对淀粉的预处理方 法及热处理条件不同 $ 通常 # 白糊精 在较低温度下转化生产的 # 并取决 于促进转化作用的低 %& 值 # 又不 至 于 有 过 多 的 有 色 产 物 的 形 成’英 国胶是在较高 %& 值及较高温度下 转化的 ’ 黄糊精是在低 %& 值及高 温下转化产品 $ 热糊精在物理性质 # 变性淀粉在造纸工业中的应用 变性淀粉是重要的造纸化学 品 # 变性淀粉在造纸行业中的应用 # 给造纸行业带来了明显的经济和社 会效益$ 按照变性淀粉的使用方法 # 可将淀粉分为四类 & 浆内添加淀粉 % 喷雾淀粉 % 表面施胶淀粉和涂布淀 粉$ 应用于造纸工业的变性淀粉按离 子特性分 # 主要有下列 ( 类 & 阴离子 西南造纸 !! 年 # 卷第 # 期 #) 论 文!报 告!综 述 变性淀粉的发展及在造纸中的应用 #$%&’( )*+ ,-.%-/ 淀粉 阳离子淀粉 两性及多元变性 淀粉非离子淀粉和其它变性淀粉 % #!$ 上已不再局限于纸板 ! 已开始扩大 到厚纸中 ! 在应用目的上已不再局 限于提高层间结合力 ! 还广泛用来 提高挺度 环压强度及表面强度 % &* ’ 用作表面施胶剂 纸张是 由许多植物纤维形成 ! 为使纸张具 有光滑的表面 ! 一定的强度 ! 较好 的书写和印刷性能 ! 就要在生产过 程中添加施胶剂 % 用作表面施胶 #+$ 张档次较低 !质量差 % 全世界每生产 #,( 亿 $ 纸张中要使用 !)) 万 $ 变性 淀粉 ! 意味着每吨纸平均使用了十 几千克淀粉 ! 其中欧洲平均每吨纸 使用 ## 78! 北美每吨纸使用 $# 78 ! 而且用量与生产的纸种有关 % 而我 国 #))) 年 造 纸 工 业 使 用 变 性 淀 粉 约 $# 万 9$! 万 $ ! 平均每吨 9! 78 ! 为世界平均用量的 $-9$-!, #)) 年! 我国纸及纸板的产量为 ))) 万 $ ! 根 据 国 家 发 展 规 划 ! #)$) 年 预 计 为 ! $)) 万 $ ) #)$! 年 有 可 能 达 到 在造纸过程中!变性淀粉得到了充分 的应用% 主要应用于以下几个方面% &$’ 用作湿部添加剂 长期以 来 ! 国内外造纸工作者一直为纸的 质量不稳定或达不到设计要求而困 惑 ! 经过分析 ! 这除了与是否严格控 制了造纸的工艺参数和操作规程有 关外 ! 在很大程度上还与湿部化学 体系中某些组分的过量积累 ! 影响 了湿部化学平衡有关 % 通过向湿部 体系中添加变性淀粉 ! 可以优化湿 部 化 学 ! 有 效 的 控 制 湿 部 %&’& 电 位 ! 从而大致控制湿部化学组分的 平衡 ! 以达到提高纸机抄造性能和 纸张的质量的目的 % 应用于湿部添加剂的变性淀粉 有阳离子淀粉 阴离子淀粉 多元变 性淀粉等 % 湿部用变性淀粉的作用 主要表现在以下几个方面 ( 提高物 理强度 ! 提高纸的档次 ! 节约优质纤 维 ) 助留作用 ! 提高了细小纤维和填 料的留着率 ) 助率作用 ! 增加了车 速 ! 节约能源 ! 并且提高了湿部纸页 的强度 ! 减少了湿部的断头 ) 改善了 施胶效果 ! 提高了施胶剂的留着率 ! 减少了施胶剂的用量 ! 减少了施胶 剂对纸张强度的影响 % &#’ 用作层间喷雾剂 所谓喷 雾淀粉 ! 就是利用喷雾的方法 ! 进行 添加的淀粉 ! 其应用机理是 ( 当纸板 在纸机湿部成形时 !把淀粉颗粒分散 在水中 ! 形成一种悬浮浆状物 ! 喷在 纸板上 !淀粉颗粒与纤维均匀的混合 在一起 !随后在烘缸处获得热量而凝 胶化 % 这个喷雾系统的建立 !可使淀 粉在纸页的整个厚度上均匀分布 !从 而起到增强作用% 喷 雾 淀 粉 是 上 世 纪 () 年 代 才 发展起来的 ! 但增长速度很快 % 喷雾 淀粉最初是为提高板纸的层间结合 力而开发的 ! 但近年来在应用纸种 剂的变性淀粉主要有 ( 热或热化学 转化淀粉 酸变性淀粉 酶转化淀 粉 氧化淀粉 乙酰化淀粉 羟烷 基淀粉 阳离子淀粉 阴离子双变 性淀粉等 % 变性淀粉应用于表面施胶剂不 仅提高了纸页的抗水性 ! 还能提高 耐破度 耐折 度 抗 张 强 度 平 压 强 度 环压强度等强度指标 % & ’ 用作涂布粘合剂 变性淀 粉是涂布配方的重要组分 !主要用作 胶粘剂 ! 它具有一系列的优点 ! 具有 良好的粘结特性 !能使颜料颗粒相互 粘结并粘附在纸张上 )具有良好的保 水性!能防止涂料在制作时出现脱水 现象 ) 能提高刮刀涂布时的流变性 ) 有较宽的粘度范围!可满足大多数涂 料的粘度要求 )能够与许多合成乳胶 具有良好的相容性!且能改善合成乳 胶的性能等 % 用变性淀粉代替价格昂贵的干 酪素 合成树脂等 ! 可大大降低涂布 加工的生产成本 % 并且可以提高纸张 的适印性能 ! 使印刷时不易掉毛 掉 粉 断头和糊版 ! 并能控制纸张油墨 的吸收性平滑性光泽度白度等% + !)) 万 $, 如以每吨纸添加 $. 变性 淀 粉 计 ! #)$) 年 预 计 为 !$ 万 $/ #)$! 年可望达到 +! 万 $#($% 因此 !发 展造纸用变性淀粉应根据国情!发 展以非木浆为主的新型纸张增效 剂 ! 以适应由于原料强度下降和废 纸利用率提高的要求 ) 发展新型表 面涂布剂及施胶剂以适应降低纸张 生产成本的需要 ) 开发新型填料和 助留剂 ! 适应纸张轻量化和印刷高 速化的要求 % 从国家发展规划来看 ! 我国造纸业要发展 ! 上档次 ! 上质 量 ! 这将给变性淀粉的发展提供有 利的条件 % 参考文献 #$ $ 张 友 松 !胡 克 详, 我 国 变 性 淀 粉 生 产 现 状 及 发 展 方 向 #0 $, 精 细 与 专 用 化 学 品 ! #))*1$2 (*3!, ## $ 候 汉 学 !董 海 洲 !刘 传 富 等, 我 国 变 性 淀 粉 的 应 用 现 状 和 发 展 趋 势 #0 $, 粮 食 与 饲 料工业 !#))$4# (3+, #* $ 郑 丽 萍 !姚 献 平, 纸 用 变 性 淀 粉 的 新 发 展 #0 $, 国际造纸 !$2 & ’(!32, # $ 张 友 松 , 变 性 淀 粉 生 产 与 应 用 手 册 #5 $, 北京 ( 中国轻工业出版社 !$666 !#*$7#+(, #! $ 程 金 兰 !毕 松 林, 变 性 淀 粉 应 用 于 麦 草 浆 造纸 #0 $, 纸和造纸 !#))*4 &+ ’(+63(#, #+ $ 张如宝 , 造纸工业与变性淀粉 #0 $, 湖北造 纸 !$66(4 &* ’(#3#!, #( $ 姚 献 平 !郑 丽 平, 我 国 造 纸 化 学 品 发 展 与 展望 #0 $, 江苏化工 !*) &! ’($3!, ! 小结 造纸工业的产品结构要向高档 新闻纸 书刊 印 刷 纸 信 息 用 纸 办 公用纸 商品包装装潢用纸 涂布 纸 食品医疗用纸 特种工业加工 纸 中高档生活用纸方向发展 ! 纸及 纸板向薄型化 高档次 高质量方向 发展 % 与国外同类产品相比 ! 我国纸 !#$% &’($ )#*+ ,-. )/+’0 122!34*35!63# #(幸运飞艇★-●△▪️▲□△▽▼▼▽●▽●▲★-●★◇▽▼•▼▲●•●◇▲=○▼=△▲▪️•★◆▼•☆■▲○▲▲●…△★△◁◁▽▼