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物理化学方法改性淀粉在造纸中的应用

王旭青  
【摘要】:本论文基于淀粉凝胶-溶胶机理和淀粉溶解机理,探索发明了不同的物理、化学方法改性淀粉,改善淀粉应用性能,并将这些改性方法和工艺实际应用于造纸工艺中的不同流程,得到了良好的应用效果。同时,利用红外光谱(IR)、光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)方法表征了凝胶淀粉和溶解淀粉的结构和功能。 本研究主要创新点如下:(1)首次利用凝胶状的淀粉颗粒包覆填料粒子,是填料表面改性技术的又一创新;(2)在涂料配方中,将凝胶状的淀粉液代替部分胶乳,增大涂料中淀粉用量,降低胶乳用量;(3)首次探索了一种使淀粉在未充分蒸煮的情况下,形成凝胶状淀粉液的方法。将高固含量凝胶状淀粉液用于纸张表面施胶,提高纸张表面强度,降低干燥要求;(4)首次提出用NaOH/硫脲/尿素溶液直接对淀粉进行溶解达到糊化淀粉的目的。 本学位论文研究内容和结果简述如下:(1)基于淀粉凝胶-溶胶机理,在造纸湿部应用中,采用新的改性工艺,成功制备出一种新型的表面包覆有阳离子凝胶状淀粉的填料粒子。此种填料粒子的颗粒大小可以调节控制,并分析了新型填料对湿部助留助滤性能、Zeta电位,以及用于手抄片后对纸张性能的影响。结果表明,改性过程中,淀粉糊化固含量对这种新型填料起着非常重要的作用,糊化浓度越高,填料颗粒平均直径越大;淀粉糊化固含量达到30%时,新型填料达到最优的使用效果,即填料具有最好的助留助滤效果,用于手抄片后,和只加填PCC手抄片相比,纸张的灰分提高37.5%,抗张指数提高41.1%,耐破指数提高50%,表面强度提高45.3%;(2)基于淀粉凝胶-溶胶机理,在造纸涂料应用中,采用新的改性工艺,成功制备出凝胶状淀粉液,用于代替涂料中的部分胶乳。结果表明,在相同涂料配方情况下,凝胶状淀粉涂料无论低剪切黏度还是高剪切黏度均低于糊化淀粉涂料,凝胶状淀粉涂料保水值低于糊化淀粉涂料;用于纸张涂布后,凝胶淀粉涂布纸在CIE白度、平滑度、KN值、表面强度方面等性能优于糊化淀粉涂布纸,优化的涂料配方6#(碳酸钙:瓷土:淀粉:胶乳的绝干量的比为60:40:12:5)具有最优的性能,充分表明用凝胶淀粉液代替涂料中部分胶乳可以实现;(3)基于淀粉凝胶-溶胶机理,在造纸表面施胶应用中,用凝胶状淀粉液代替传统糊化淀粉液,制备出高固含量凝胶状淀粉表面施胶液。结果表明,相比传统8%固含量糊化淀粉液,高固含量凝胶状淀粉液能大大提高纸张的表面强度,纸张物理强度和光学性能略有改善,但抗水性能差;(4)为了进一步降低淀粉黏度,研究发现一种新型的用NaOH/硫脲/尿素溶液直接溶解淀粉的方法。结果表明,溶解温度在-10℃时,当NaOH用量为4%,硫脲用量为3%,尿素用量为3%时,该溶解体系的溶解淀粉液黏度最低;溶解淀粉液用于纸张表面施胶后,纸张物理强度、不透明度、平滑度和表面强度得到提高;溶解淀粉液的固含量越高,纸张的平滑度和表面强度越高。


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