[01633563]功能纸用高品质木薯变性淀粉产业化关键技术

淀粉作为天然高分子化合物在可再生资源中占据非常重要地位,具有丰富、价廉、可再生不枯竭、污染小、可生物降解、生物相容性好、稳定性高、安全、无毒等优点。随着经济增长和加工技术的发展,淀粉深加工产品需求与日俱增,已广泛应用于造纸、纺织、材料等行业,且应用领域不断向食品、医药等领域拓展。因此,变性淀粉产业具有很大的发展前景。 近年来,国内外大量研究表明,淀粉及变性淀粉已成为很有发展潜力的新型造纸用化学品。在造纸工业中,造纸化学品的应用对纸张的质量和生产的经济性起着决定性的作用,它们能赋予纸张各种优异的特殊性能（如纸张强度、平滑性、印刷适性、柔软性等）。尤其是随着造纸行业的技术进步,大型高速纸机的应用,以及伴随废纸的大规模回收利用,对变性淀粉类造纸化学品的质量和稳定性提出了更高的要求。因此,如何获得新型高品质变性淀粉类造纸功能化学品从而提高纸张的产品质量,已成为当今造纸用变性淀粉领域所面临的亟待解决的关键基础科学问题。 从材料学的视角,纸张的加工主要是理性设计纸张的微结构,从而控制纸张中纤维、各类填料、助剂之间的相互作用,从而满足纸张的加工和应用性能。因此,新型高品质高附加值变性淀粉类造纸功能化学品必须解决以下两方面的问题：1)适合不同造纸加工阶段要求的变性淀粉的分子结构设计。因为作为造纸加工用功能化学品的变性淀粉在提高纸张和药物制剂的成形、加工以及产品质量等方面起着关键的作用,决定着纸张的强度、印刷性能等。而变性淀粉的性质决定于其分子结构,不同的链结构和聚集态结构可调控变性淀粉的性质以适应不同的应用要求。2)变性淀粉与纸浆、成纸等不同体系中纤维、各类填料、助剂之间相互作用、界面相容性的调控。纸浆中纤维、填料的留着,成纸中纤维分子间的结合,纸张表面性能的提高及印刷油墨的渗透性等均受到变性淀粉与纤维、各类填料、助剂之间相互作用的影响。因此,只有调节变性淀粉与上述分子间适合的相互作用才能获得好的产品品质。 本项目通过与茂名市农业科学研究所共建木薯种植基地,获得优质木薯淀粉原料及所拥有的新型变性淀粉制备关键技术成果的基础上通过与合作单位广东中轻枫泰生化科技有限公司共同致力于造纸用高品质木薯变性淀粉创制关键技术成果的工程化转化,针对特种纸、文化纸等功能纸加工应用过程中存在的问题,采用碱液“三步法”的添加新方式、微波辅助阳离子修饰及耦合高速剪切技术、微波耦合酶法重组技术、氧化剂与催化剂复合调控氧化程度技术等关键技术,对木薯淀粉的链结构、聚集态结构进行修饰,从分子层面上对淀粉的阳离子和阴离子带电性能、糊化行为、流变性能、成膜性能、渗透性能和粘结性能进行精确调控,从而提高其在本色包装纸、文化纸等功能纸加工过程中与纤维、填料、助剂等分子之间的相互作用,并由此开发出适合作为造纸应用的多功能高品质高附加值木薯变性淀粉系列产品。 其主要性能技术特点归纳如下： （1）选用的木薯原料为项目申请单位有效引进的木薯高产品种“华南9号”、“华南8013号”、“华南205号”,其木薯淀粉结构与品质优良,价格便宜,且天然高分子淀粉材料安全无毒、生物相容性好、可生物降解,是国际上公认的具有应用前景的造纸用功能化学品。 （2）所利用的经淀粉修饰改性获得的造纸用木薯变性淀粉,不仅具有优良的糊化、流变、成膜、渗透、粘结性能,而且与纸浆、成纸中纤维、填料、主要助剂等分子间具有良好的分子间相互作用及界面相容性;这类多功能造纸用木薯变性淀粉的设计模式将为功能纸整体性能的提升提供了一种新方法。 （3）本项目在所拥有的微波物理场强化及酶法修饰对淀粉分子链结构、聚集态结构等的调控技术结合应用的前期基础上,通过与合作单位联合对微波、酶法反应混合系统、反应监测系统和控制系统进行了改进,实现了微波绿色化学与酶法反应协同耦合,确保生产过程工艺稳定和生产工艺的有效集成。 （4）所开发的基于功能纸用木薯变性淀粉制备技术及其产品应用范围广,可广泛应用到在生活、建材、食品、农业、化学品等工业的本色包装纸及文化艺术用纸等领域,可达到对功能纸的强度、印刷等整体性能的提升。