1. 研究目的与意义
随着环境问题的日益严峻，资源的枯竭，使用友好、可生物降解的材料有重大意义。在造纸行业，响应时代号召，清洁绿色生产，节约能源消耗是刻不容缓的课题。纸张的低定量化生产不仅仅能够节约树木资源，为减少二氧化碳排放，防止温室效应，保护环境做出贡献，还可以减少三废的排放，降低生产成本。在纸张定量降低时，纸张的其它性能，要保证抗张强度、耐折度和不透明度等指标不会有明显下降，所以要通过浆内添加或是表面施胶的方式赋予纸张纤维强度等性能。酶解淀粉在造纸工业中的应用始于20世纪70年代，多用于表面施胶。酶解淀粉制备工艺简单、黏度低、保水性好，但成膜后脆性大。利用α-淀粉酶可切断淀粉的α-1，4糖苷键而制得高固含量低黏度的改性淀粉。本文主要是通过对淀粉改性的研究，在通过表面处理的方式，研究对纸张表面性能作用。
2. 国内外研究现状分析
随着造纸工业的快速发展，表面施胶也成为造纸生产中必不可少的工艺过程。造纸化学品的表面添加也愈来愈受到重视。但即便表面施胶中化学品的留着接近 100％，纸张最终的使用效果仍受到原纸品质的影响。因此在湿部处理及表面处理中寻求平衡，才是最为经济有效的方法。
淀粉是仅次于纤维素来源丰富的可再生资源，具有价格低廉、无毒无害、可降解、可修饰、对环境友好等特性，已逐渐成为重要的绿色化工基础原材料。但在实际应用中，由于其不溶于冷水、分散性差、成膜性差、易老化、不能形成稳定的胶融体系等性质，在纺织、造纸、医药、食品等行业的应用受到了很大的限制。因此，需要通过淀粉改性来改善其性能，以满足人们日益增长的应用需求。改性淀粉分为普通改性淀粉和功能性改性淀粉。普通改性淀粉是指目前能够工业化大批量生产的改性淀粉；功能性改性淀粉是指对人体有一定的生理及保健作用、环境友好型的淀粉基材料、对药物具有缓释性能的载体基质的材料，具有较高附加值。淀粉改性主要通过改变淀粉结构实现，淀粉呈颗粒结构，根据来源植物不同，颗粒大小分布在 1～100 μm，由结晶区与非结晶区组成，结晶区被认为是由支链淀粉的双螺旋结构造成。目前，淀粉改性方法及应用已经取得了很大的突破。根据相关文献，淀粉改性方法主要包括物理法、化学法、生物法以及复合法等 。[1]
在国内，国内纸厂使用最多的表面施胶剂是淀粉及改性淀粉、pva 等，聚合物表面施胶剂的研究和应用则较少。目前中高档纸生产中使用相对较多的表面施胶剂主要有德国basf 公司的ds-400（sae类）、日本播磨公司生产的kn-500（saa类）、kn-720（sma类）。苯乙烯- 马来酸酐聚合物是国外最早开发且目前仍占据主要市场的产品。随着彩色印刷的发展，要求改进纸张的喷墨印刷性能，使苯乙烯- 丙烯酸酯胶乳每年以6% ～8% 的速度增长。水分散性聚氨酯正以每年10% ～15% 的速度增长。聚合物表面施胶剂的主要供应商有 hercules、cytec、georgiapacific、vinings、basf、eka和日本播磨公司。[２]张勇、李小瑞、费贵强认为采用常压逐步乳化逆转工艺一次性制备出阳离子无皂苯丙聚合物/松香复合乳胶，工艺简单、适用； dmc用量为9.5%，乳化效果好，制得阳离子分散松香胶乳液白度高，流动性好，施胶性能好；采用逆向施胶，阳离子聚丙稀酰胺为助留剂，其优化施胶条件为：cpa m用量0.15%，硫酸铝用量0.6%，p h值6～6.5，阳离子分散松香胶用量1.2%～1.4%；采用gcc填料，填料添加量为15%～20%，阳离子分散松香胶乳液的施胶效果较好，可用于近中性施胶。［3］张国运、郑爽认为疏水基 /亲水基比例为 12 /1,过氧化苯甲酰的用量占反应单体总质量的 0．2% ~ 0．35%,反应温度90,反应时间5h, 改性剂为铵盐时所制备的共聚物乳液的黏度为 450~ 500mpa%s, 数均相对分子质量为38204；玉米氧化淀粉与共聚物乳液以 40:1(质量比)进行复配, 施胶量为1.0g/m2, 纸张的施胶度为9s, 抗张强度提高6.8%, 耐破度提高 10:1% , 印刷表面强度为2.87 m /s, 油墨吸收性为42%,该表面施胶剂对改善纸张的施胶效果和印刷性能具有明显的作用。［4］徐清华，吴开丽等认为以苯乙烯和丙烯酸甲酯为原料合成了表面施胶剂．分别利用红外光谱、激光粒度仪和颗粒电荷测定仪对其结构性能、粒径分布及表观电荷密度进行表征测定。结果表明，合成的表面施胶剂粒径细小、粒度分布均匀。体积平均粒径为107 am，均一性为0．2502，带正电荷。利用合成的表面施胶剂对纸张进行表面施胶．测定施胶前、后纸张的白度、施胶度及强度性能。结果表明．表面施胶后的纸张施胶度提高．白度和抗张强度亦有所提高。将其与氧化淀粉复配，可以改善氧化淀粉的表面施胶性能。[5]高献英, 李中华等认为氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配具有更强的降低表面张力作用 ；含氟单体与氟碳表面活性剂配比对吸水率的影响如果单用含氟单体对苯丙乳液进行改性，含氟量大于 10％才有较明显的效果。加入氟碳表面活性剂有较好的增效作用，这是由于氟碳表面活性剂含有与丙烯酸氟烷基酯单体相似的长链氟碳结构，能够更好地促进氟单体在水中的稳定分散；反应时间和聚合温度对单体转化率的影响从单体滴加完毕开始计时，反应时间对转化率的影响随反应时间延长，单体转化率逐渐增加，但大于5h后转化率反而下降，这是因为随反应时间延长，单体的挥发和凝胶量逐渐增多，同时反应体系的粘度增大，导致自由基的扩散速度下降．故选择反应时间 4．55．0h为最佳； 改性乳液的稳定性：取少量乳液．与质量分数为 5％的氯化钙溶液按 1：4的质量 比混合、摇匀。静置 48h未发现乳液有凝聚、分层、破乳现象，表明乳液的钙离子稳定性合格。将乳液稀释到固体质量分数为 10％ ，密封静置72h．无破乳现象也无沉淀产生，而且未发现分层，说明乳液稀释稳定性较好。所有的乳液样品存放6个月，未发现分层、破乳现象，也无沉淀产生，说明乳液贮存稳定性好；乳胶粒形态为含氟苯丙乳液乳胶粒的透射电子显微镜照片。图中可见，该乳液呈比较规则的圆球型，分散均匀，平均粒径存 70nm左右。[6]
3. 研究的基本内容与计划
研究内容及完成时间：
1、淀粉的改性（酶解工艺的研究）
1.1淀粉酶在不同温度下对淀粉粘度的影响2017.02.20--2017.02.28
4. 研究创新点
特色与创新
改性淀粉分为普通改性淀粉和功能性改性淀粉。普通改性淀粉是指目前能够工业化大批量生产的改性淀粉；功能性改性淀粉是指对人体有一定的生理及保健作用、环境友好型的淀粉基材料、对药物具有缓释性能的载体基质的材料，具有较高附加值。
物理改性法利用热、力场、电场、磁场等物理场作用于淀粉，对环境污染小，但有时设备昂贵，无法达到大批量生产的要求。化学改性法利用化学试剂处理淀粉，具有处理效率高、易达到改性目的的优点，但处理过程中易产生化学污染，反应过程复杂，对于食品行业存在一定的安全隐患。生物改性法多数用酶进行处理，处理过程快速及污染性小，但所采用的淀粉酶几乎都靠进口，成本高，很难实现工业化生产。复合法改性是采用 2种或 2种以上的改性方法加工淀粉，扬长避短，得到性能优化的改性淀粉产品且减少了对环境的污染。
