作为造纸原料,淀粉是除纤维、填料之外使用量最大的组分,它包括原淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉等多种,广泛用于实现增强、助留、表面施胶、乳化稳定等目的。
一般情况下,淀粉都需要被蒸煮和糊化(cooking & pasting, or gelatinization)后再使用。淀粉的蒸煮分为间歇式和连续式两种。其中间歇式的装备比较难简单易控,一般适用于淀粉消耗量少的场合。连续式蒸煮常采用喷射式蒸煮器,它具有煮后产品更均一、淀粉分子水化更彻底、容易实现自动控制、运行经济性好等优点,适合于淀粉消耗量大的场合。
但看似简单的蒸煮,过程控制非常重要:
1. 将干淀粉稀释成浆状的悬浮液时,稀释水的水温控制在30-38oC之间可避免淀粉颗粒体黏连,否则在后续的分散和蒸煮过程中可能会带来一些麻烦;
2. 在间歇蒸煮过程中,随着温度的上升,淀粉颗粒不断吸水,淀粉分子间的结合被解离或破坏,淀粉粒子的体积持续膨胀;膨胀程度最大时的温度被称为凝胶化(gelatinization)或糊化温度(pasting temperature),这个温度一般为55-80oC;继续加热淀粉进一步水化,同时淀粉液的粘度逐渐达到最大;然后淀粉粒子的边缘开始破碎,淀粉分子以以小聚集体的形态的形态迁移到水相,加热继续提供的能量使水分子进入到淀粉分子之间,淀粉分子获得最好的分散。
3. 连续蒸煮与间歇蒸煮显著的不同是前者采用加压蒸煮(间歇蒸煮一般不加压),即在超过水正常沸点的温度下对淀粉持续加热几分钟,然后让淀粉悬浮液通过一个回压阀,压力被突然释放到常压时产生极高的湍流和剪切,淀粉粒子在内外压力差的作用下快速破裂,其分子完全进入分散和溶解状态。该过程一般被称为热机械转换过程。如果蒸煮的同时使用了酸或氧化剂,那么该过程被称为热化学转换过程,后者一般导致更低的粘度。对于连续蒸煮,淀粉供应商一般建议蒸煮温度尽量低一些,以避免淀粉分子的降解。高于实际需要的温度进行的蒸煮被称为过度蒸煮。一般来讲,蒸煮温度低于140oC淀粉的分子量不会被明显降低。
海默生在线粘度计在淀粉蒸煮过程中实时监测淀粉粘度变化,为蒸煮过程提供实时数据: