阳离子淀粉是一种常用的瓦楞原纸增强剂，但是其不仅价格昂贵，而其在使用中也存在不少问题[1]。有很多人对淀粉的改性做过研究，在不同类型的化学改性方法中[2]，接枝共聚改性较为引人关注，因为接枝共聚改性方法不仅可保留母体主链的主要性能，而且改性后的聚合物还能从接枝侧链中获得新的性能[2]。
本文以原淀粉、PE1为原料，在(NH4)2S208-NaHS03引发体系的作用下进行接枝共聚得淀粉／PE1共聚物。通过在瓦楞原纸抄造中应用，发现其在一定用量下对瓦楞原纸环压强度、抗张强度等强度的提高比阳离子淀粉更有效。
1 实验部分
1．1 实验主要原料
普通玉米淀粉；阳离子淀粉(CS)；聚乙烯亚胺(PEI)；催化剂X；(NH4)2S208；NaHS03；聚乙烯硫酸钾((PVSK，取代度93．6％)；盐酸；碘溶液；回用箱板纸浆。
1．2增强剂的制备
取一定量的原淀粉和蒸馏水加入250ml三口烧瓶中，置于恒温水浴锅中加热搅拌到一定温度预糊化约20min至淀粉溶液成透明粘装，然后依次加入l％的催化剂X、引发剂(NH4)2S208、NaHS03，一定量的PE1，使反应物总浓度为8％，继续在此温度下搅拌，一段时间后降温至室温，取出备用。
1．3增强剂粘度的测定
保持共聚物的浓度在8％，在常温下用NDJ一8S数字显示粘度计测量共聚物粘度。
1．4增强剂电荷密度的测定
称取共聚物溶液wg，加蒸馏水稀释至大约25mL，用一定浓度的PVSK滴定至溶液显紫红色，同时做空白实验口J。
共聚物的电荷密度(mmo1／g)=(V—WO)C0／We’
V-滴定共聚物试样wg消耗的PVSK体积，mL；
V0-空白实验消耗的PVSK体积，mL；
C-滴定所用PVSK的浓度，mol／L；
w-用于电荷密度测定的共聚物溶液质量；
C-共聚物溶液的质量分数，％。
1．5接枝率的测定
将固体产物在真空干燥箱中干燥至恒重，得到粗产品。再将粗产品进行抽提处理，分离出接枝共聚物，再在真空干燥箱中烘至恒重，得到精产品[4]。
接枝率={(精产品质量-原淀粉质量)／原淀粉质量}X100％
接枝效率={(精产品质量-原淀粉质量)／(粗产品质量-原淀粉质量)}×100％
将回用箱板纸浆用瓦力打浆机进行打浆，分别得到不同打浆度的浆料，然后取一定量的浆料在分散器中打散；向分散好的浆料中加入一定量的上述制备的共聚物，搅拌5min后，用方形抄片器L&W Fl-101进行抄造烘干，纸页定量为l
1．7纸张性质检测
纸页经24小时平衡水分后，按国家标准方法测定纸张环压强度、抗张强度等物理指标[5]
2．1反应条件探讨
2．1．1引发剂用量
实验中发现引发剂用量对反应的影响很大(如图l所示)，接枝率和粘度随着引发剂用量的增大而增大，当引发剂的用量为反应物总量的0．3％时，接枝率和粘度都表现为最大值，此后，接枝率和粘度随着引发剂的用量增大而大幅减小。这是因为随着引发剂用量的增大，淀粉自由基增多，消耗的PE1增多，故接枝率和粘度增大；当引发剂超过0．3％时，过多的引发剂对链增长反应不利，会与活性链引起链终止反应，反而使得接枝率和粘度下降。故引发剂的最佳用量为反应物总量的0．3％。
图1 引发剂用量对反应的影响
(注：保持其它条件为：反应温度为
2．1．2反应温度
实验中发现反应温度对反应的影响也很大(如图2所示)，接枝率和粘度随着反应温度的增加而快速增大，当反应温度为
图2温度对反应的影响
(注：保持其它条件为：引发剂用量为0．3％，PE1与原淀粉比例为l：3，反应时间为2．5h)
图3 PE1与淀粉的比例对反应的影响
(注：保持其它条件为：引发剂用量为0．3％，反应温度为
2．1．3 PE1与淀粉的比例
由图3可知，随着PE1与淀粉比例的增大，接枝率逐渐增大。这是因为在反应过程中淀粉的量相对较大，活性点较多，增加的PE1可以继续和淀粉进行反应，接枝率逐渐增大，但接枝效率却逐渐减小，尤其在PE1与淀粉比例从l：3到1：2再到l：1时，接枝效率大幅减小，而且PE1的价格比原淀粉要高很多，综合价格因素考虑，PE1与淀粉的比例应该取为l：3最佳。
2．1．4反应时间
由图4可知，随着反应时间的增加，接枝率和接枝效率都逐渐增大，慢慢趋于平缓，在2．5h处二者表现出最大值，然后开始小幅下降。这与自由基聚合特性一致，随着时间的增加，自由基消耗的反应物增加，故接枝率和接枝效率增大，但如果反应时间过长，可能会产生链降解反应，使接枝率和接枝效率下降。因此最佳的反应时间为2．5h。
图4反应时间对反应的影响
(注：保持其它条件为：引发剂用量为0．3％，反应温度为90"E，PE1与原淀粉比例为1：3)
2．2在瓦楞原纸中的应用
由于PE1是一种高阳离子性聚合物，经检测，此方法合成的淀粉／PE1接枝共聚物呈阳离子性，在上述最佳条件下合成的共聚物的电荷密度为3．68mmol／g，将其添加到箱板纸浆中抄造瓦楞原纸。
2．2．1 共聚物与阳离子淀粉的增强效果对比
通过共聚物与阳离子淀粉在不同用量下对瓦楞原纸在300SR的增强效果比较可知：在一定范围内，随着共聚物和阳离子淀粉添加量的增大，瓦楞原纸的环压强度指数、裂断长都逐渐增大，而且在低添加量下共聚物的增强效果好于阳离子淀粉的增强效果(如图5、6所示)。同时由图可知共聚物添加量从O至1％环压强度指数和裂断长增加都很快，而从l％至2％增加缓慢，综合考虑成本因素，选择共聚物用量为1％(对绝干浆)时最佳，环压强度指数、裂断长比空白样可分别提高11．53％、34．26％。
图5不同用量对瓦楞原纸环压强度的影响
图6不同用量对瓦楞原纸抗张强度的影响
2．2．2打浆度对共聚物的增强效果的影响
固定共聚物的添加量为l％(对绝干浆)由图7可以看出，提高打浆度能够使成纸的环压强度指数、耐破指数、裂断长提高。由于随着打浆度的提高，纤维分丝帚化程度增加，引起纤维比表面积的增加，使得纤维之间的结合力增加，从而提高了纸张的环压强度、抗张强度。但是图中数据显示，当打浆度为400SR时，环压强度指数、裂断长都有所下降，说明一味的提高打浆度，导致浆中细小纤维的含量过多，从而影响纸的强度性能。因此浆料应在满足其它条件的情况下保持300SR左右的打浆度较为适宜。
图7 打浆度对共聚物作用效果的影响
3结论
(1)此共聚物是以原淀粉、PE1为原料，在(NH4)2S2O8-NaHS03引发体系的作用下进行接枝共聚合成的。实验中发现共聚物合成时的引发剂用量、温度、PE1与淀粉的比例、时间都对反应的过程和增强效果有影响。其最佳合成条件为引发剂用量为总反应物的0．3％，反应温度为
(2)经检测，此方法合成的淀粉／PE1接枝共聚物呈阳离子性，在瓦楞原纸抄造中对纤维有很好的吸附性。因此所合成的共聚物对瓦楞原纸的环压强度、抗张强度的提高都具有很好的作用，在纸浆打浆度为300SR左右，增强剂的添加量为l％(对绝干浆)时对瓦楞原纸的增强效果最佳，环压强度指数、裂断长比空白样可分别提高11．53％、34．26％。
参考文献
[1]刘军钛．阳离子淀粉使用中存在的问题[J]．纸和造纸，1998，(2)
[2]邓建平，黄明智，等．明胶接枝共聚物在胶片中的应用研究[J]．感光材料，l996，(2)：18—23
[3]林媚，陈少平．淀粉／CPNVF复合物及其在造纸工业中的应用研究[D]．福建师范大学硕士学位论文，2004，4
[4]杨德瑞，李海燕，李小瑞．聚丙烯酰胺淀粉接枝共聚物的制备及其性能分析[J]．中华纸业，2004(3)：45—47
[5]石淑兰，何福望．制浆造纸分析与检测[M]．北京：中国轻工业出版社，2003，5
作者简介：唐杰斌(1984-)，男，山东轻工业学院制浆造纸在读研究生，研究方向：造纸化学品与功能纸，联系电话：l5054124158，E—mail：ttbtt2002@163．com。
