摘要：为了探讨SSU系列生酶改性淀粉取代PVA浆料的可行性，本文以生产工艺、酶的效用、浆料性能、浆纱实践效果以及市场分析和企业使用状况等方面评价了SSU系列生物浆料性能和发展前景。结果表明：SSU系列生物酶改性淀粉生产属于绿色生产过程，这种改性淀粉浆料对纤维粘附性较好，显著提高了织造效率；市场分析及使用情况表明，SSU系列生物酶改性淀粉是一种物美价廉、性能优异的高档浆料，将为取代PVA方面发挥重要作用。

关键词：SSU淀粉；PVA；浆料；绿色

1 引言：

众所周知，PVA粘附性好，浆膜强韧，上浆性能优异（特别是在含涤纶纤维上浆实践），曾一度被认为是纺织浆料的一次革命。遗憾的是PVA的价格昂贵，其生物难降解性给生产和环境带来严重负担，因此，取代或部分取代PVA材料成为纺织行业一大趋势^[1]。生物基高分子材料，如：纤维素、海藻酸钠、植物胶等受到纺织浆料界广泛的关注^[2]。淀粉由于价格低廉，来源广泛、生物环保性优异等优势，而备受人们的青睐。

淀粉是由多羟基组成的天然多糖高分子化合物，分子结构上主要是由α-1,4甙键结合的直链淀粉（链淀粉）和带有α-1,6分支的支链淀粉组成^[3]。淀粉由于存在多糖环状结构，以及大量羟基的缘故，致使淀粉浆膜脆硬，对纤维粘附性不足（尤其是合成纤维），导致使用效果不能令人满意。鉴于此，人们致力于寻找改善淀粉浆料性能的方法。

淀粉的化学改性的尝试，广泛运用于浆料界，值得注意的是，化学变性成本、过程控制以及对环保性都值得人们商榷。譬如磷酸酯淀粉，采用无机磷酸盐干热法制备，由于磷酸盐的反应效率低，能耗大，残留磷酸盐对纤维粘附性构成严重的负面影响，此外，磷酸盐较高COD、排放对水质构成威胁。尿素淀粉，生产过程能耗大，更重要的是尿素对设备使用寿命以及人体都有一定的危害。酸解淀粉，生产工艺复杂，能耗大，生产过程对环境污染严重。

SSU系列生物酶改性淀粉是是采用生物酶催化剂对原淀粉经特殊工艺加工而成的环保性变性淀粉浆料。鉴于酶的反应活性高、速度快的特点，显著降低反应平衡时间（一般而言，在无酶情况下，反应达到平衡需要几个小时）。SSU系列淀粉较低的粘度、优异的粘度热稳定性，以及良好的水分散性，满足“高浓低粘”、“两高一低”的上浆需求。重要的是，这种变性淀粉良好的成膜性，对纤维较好的粘附性，以及价格低廉，被认为具有取代PVA浆料的潜力。

2 制备方法

生物酶改性淀粉是利用机械的物理作用力、化学或酶的手段来改变天然（植物）淀粉的性质、通过分子切断、重排、酯化或在分子中引入取代基，而制得的性质发生变化，具有新性质的淀粉衍生物。制备过程中，采用的复合酶包括：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等加快了反应速率，因其具备环保、节能、性能好等优点，进而广泛用于环保新材料，（无纺布、造纸施浆、纺织经纱上浆等领域）特别是纺织经纱上浆可不用或少用PVA节能减排。

3 结果与讨论

3.1 复合酶的作用原理

工业淀粉并不是纯淀粉物质，其中含有一定量的蛋白质、脂类以及其他一些杂质。淀粉中的粗蛋白和脂类是一种表面活性物质，依据表面活性理论，蛋白质在调浆或上浆过程中，由于浆液运动，导致浆液起泡，一定程度影响上浆质量；同时，粗蛋白是一种微生物良好的培养基，尤其在淀粉含水较高的情况下，导致淀粉存储过程容易酸化或变质，影响着上浆稳定性和坯布的质量；此外，粗蛋白和脂类影响淀粉成膜的力学性能，一般而言，蛋白质和脂类含量高的淀粉成膜脆硬，这是由于直链淀粉和天然脂类等物质络合缘故。因此，淀粉浆料中的蛋白和天然脂类的含量是一项重要指标^[4]。

SSU淀粉制备过程中采用的蛋白酶和脂肪酶有助于催化分解原淀粉中的粗蛋白，降低蛋白质含量；脂肪酶破坏天然脂，提高淀粉浆膜韧性，同时也更有利于反应物质与淀粉反应。

原淀粉浆液是可溶性淀粉连续相组分中悬浮着淀粉破碎颗粒的混合体系。依据粘合理论，粘合剂只有充分的润湿被粘物，才能获得有效的铺展，乃至吸附于被粘物表面，达到分子层面的接触，甚至相互扩散。良好的润湿，是铺展的前提，而只有有效的铺展，才能形成良好的粘附。需要注意的是，良好的铺展可以降低粘附层（浆膜）的缺陷，降低内应力（收缩或热应力）破坏的可能性。淀粉浆料要获得较好的润湿、吸附、均匀铺展的前提是具有较好的水分散性，必须明确，淀粉悬浮破碎颗粒与连续相中的直链淀粉相比，具有较低的粘附性，这是由于破碎粒子悬浮液不能够很好的在纤维表面润湿、铺展。国内外已有研究表明^[5]，降低淀粉粘度，可以有效提高淀粉分散性和可溶性比例，有利于浆液的成膜性和粘合性。必须明确的是，过分的降低粘度，往往导致粘附胶层（浆膜）内聚力降低，是不利于浆料对纤维粘附。

复合淀粉酶中的淀粉酶，可以有效催化分解淀粉，达到降低粘度的效果，增加淀粉浆液水分散程度，这不论对粘附还是浆膜都是有利的。这种借助酶降解的方法不仅效果明显，而且缩短反应时间。与一般酸解和氧化淀粉相比，大大缩短了工艺流程，改善了产品质量，提高了经济效益。

3.2 生产过程控制

氧化淀粉，磷酸酯淀粉等一般采用的是干热法制取，流程短、操作简单。SSU系列生物酶改性淀粉也采用干法制备，然而，与以往干法制备改性淀粉相比，该工艺采用机械的物理作用力、化学或酶的手段对淀粉分子切断，达到所需的粘度后进行酶灭活并接枝，显著降低能耗，节约成本，降低了污染排放，为环保做出一份贡献。

众所周知，干热制备法往往由于添加物与淀粉混合不均匀，导致产品质量不稳定。SSU淀粉生产过程中，采用了本公司自行研发的配套设备装置（已申请专利CN200610091438.0），克服了这以技术难点。同时，在微量的水存在下，由于机械设备的剪切力作用下，保证了酶催化的高效性，使得淀粉分子与添加物之间顺利反应，也一定程度降解了蛋白质等杂质。

原淀粉是高分子化合物，分子量巨大。淀粉浆液是一种胶状的悬浮液，在水中呈粒子碎片和多分子集合体，不利于浆液在纱线表面的扩散和浸透。淀粉在低温下能够形成凝胶的特点，尤其在上将过程中，进入浆槽的纱线温度远远低于温度较高的浆液，浆液与纱线接触时，容易形成凝胶，恶化了浸透性，因此，必须对原淀粉进行降粘处理，提高淀粉分散性和浸透性^[6]。

SSU系列环保型淀粉，生产过程中，生物酶的高效活性在较短时间内降低了淀粉分子量，降低了粘度，依据生物酶的反应机理，在较低温度下（一般在25～40℃）催化活性较高，在较高温度下（60℃）失去活性的特点，在生产过程中，控制反应时间，然后提高温度，终止反应，从而获得所需要粘度的改性淀粉。与传统工艺操作相比，具有高效性，高环保性。

3.3 SSU生物改性淀粉浆料性能分析

3.3.1 共性指标

依据浆料检测标准来看，浆料性能指标可以简单分为共性指标和特性指标两种^[4]，其中，浆料的水分、pH、灰分、细度等为共性指标，这些指标的合格与不合格对淀粉和变性淀粉品质和上浆性能有着重要影响。SSU的共性指标罗列如下表1，由表可以看出，SSU淀粉浆料共性指标完全达到国内要求标准。

SSU淀粉属于中低以下粘度的浆料，满足目前的“高压上浆”“两高一低”上浆需求。依据检测数据来看，SSU淀粉浆液粘度热稳定性优异。众所周知，淀粉大分子中链接葡萄糖剩基的甙键对热和剪切作用敏感而容易断裂，致使淀粉浆液粘度热稳定性差。在浆纱过程中，这种粘度热稳定性较差的浆液，不但会影响上浆率的均匀性，而且还会改性浆液在经纱表面和内部分配，进而影响织造效率和胚布质量。SSU淀粉由于生物酶处理，以及和部分添加的助剂发生化学反应，降低了淀粉甙键热和剪切敏感性，所以优异的粘度热稳定性。

表1 SSU淀粉浆料技术指标和行业指标

3.3.2 粘附及浆膜性能

依据生产过程采用的剪切机械作用特点，在淀粉中添加了本公司自主研发的淀粉改性剂（已申请专利CN200610018819.6），控制的反应温度，借助剪切作用，改性剂与淀粉分子发生了一定的反应，改善了淀粉浆料使用性能。此外，SSU淀粉还添加了一些小分子增塑剂，提高了淀粉浆膜韧性和对纤维粘附性。表2为SSU淀粉浆料的浆膜性能（全国浆料检测中心提供数据）。

淀粉是多羟基高分子化合物，分子间容易产生氢键缔合，导致浆膜脆硬，结晶度高，力学性能差；极性的羟基，致使淀粉浆液对合成纤维（尤其是涤纶纤维）粘附性不佳，浆液易凝胶等缺陷。SSU生物化学淀粉的改性，淀粉分子引入小分子基团的内增塑，以及添加的增塑剂的外增塑作用下，削弱了淀粉分子间的羟基缔合作用，使得淀粉分子有序性下降；其次，这些内外增塑作用下，分子间范德华力减弱，从而使得淀粉分子链活动能力增强^[7]，因此提高了淀粉浆膜韧性。

表2 SSU淀粉浆料浆膜性能

注：表中括号为检测年份

依据粘合机理，粘合接头胶层的韧性改善，有利于降低界面内应力破坏可能性^[8-9]，而且这种小分子基团提高了淀粉浆料对纤维亲和性，所以，改善淀粉的粘附性。

鉴于以上分析，SSU浆料是一种良好的生物浆料。表3为全国浆料检测中心对SSU淀粉浆料粘附性能检测理化指标数据。

表3 SSU淀粉浆料对纤维粘附性

与目前市场上常用的化学改性淀粉相比，SSU生物酶改性淀粉浆料具有良好的粘附性。表4为SSU浆料与目前广泛使用的淀粉浆料对涤/棉纤维的粘附性对比数据，显然，SSU 淀粉浆料粘附性高于醋酸酯、磷酸酯等淀粉，因此，SSU生物改性淀粉是一种高档的纺织浆料，具有取代PVA浆料的潜力。

表4 SSU生物改性淀粉与常用淀粉对涤/棉纤维粘附力

3.4 SSU生物酶改性淀粉上浆实践

在纺织生产中，除了一些股线、强捻丝、单丝、以及变形丝（如网络丝）外，大多数经纱在织造前都必须经过上浆^[2]。众所周知，对于短纤维的经纱上浆其主要目的是贴服纱线表面毛羽，提高耐磨性，适当的增强拉伸，最终提高织造效率，提高生产效率和得到高质量的产品，以较低的成本，获取较高的生产值^[3]。因此，浆料的选择以及浆料配比在浆纱过程中显得至关重要。事实证明，SSU系列生物改性淀粉是一种优异的环保高档浆料，价廉物美，显著提高的织造效率，有效满足了生产需求。表5-7为SSU系列生物改性淀粉对用于不同纤维和不同织物组织的织物的上浆实践。

SSU生物改性淀粉浆料对涤/棉T/C 90/10 (45×45) 133×72×63’’ 小剑杆(襄阳)，涤/棉T/C 80/20 (243×243) 108×58 63”（滨州），棉/涤 C/T 60/40 (50×50) 156×78 120”1/1，喷气织机（武汉），的几种织物织造效率表如表5，

表5 SSU生物酶改性淀粉上浆实践

SSU-1生物改性淀粉对天丝 100%TS60×100%TS60×173×116×125” 4/1,喷气织机（山东）；粘胶C/R 50/50 40×40 140×88 118”,喷气织机（吴江）；以及CM60×CM40×70D×180×110 73.5” 4/1 左斜贡缎，喷气织机（山东）的织造情况如表6，

表6 SSU-1生物酶改性淀粉上浆实践

SSU-2生物酶改性淀粉对CM贡缎，CM80×CM80×165×105×67” 4/1，左斜贡缎，喷气织机（山东）；纯棉C80×C80×168×110,平纹，喷气织机（山东）；JCF100×120×230×（115×4）125” 5/3，喷气织机（山东），如表7所示。

表7 SSU-2生物酶改性淀粉上浆实践

由上述上浆实践以及织造效率来看，SSU系列生物酶改性淀粉有效的提高了织造效率。添加或者不添加PVA-1799对织造效率影响不显著，因此，SSU系列生物改性淀粉具有取代PVA的潜力。

3.5 SSU生物酶改性淀粉市场优势

目前， PVA浆料在西方一些发达国家已被禁止使用，作为经纱上浆剂一般大多为变性淀粉浆料，这样不仅缩短了印染前处理工艺流程，由原先的退、煮、漂转为一步法，而且有利于环保。事实证明，一些高档进口及其复合淀粉拥有良好的性能，具有取代PVA的能力。

目前国外从事浆料开发企业，部分采用了马铃薯为原料，进行醋酸酯改性，产品性能较好。但是，马铃薯价格较贵，市场竞争优势不大，况且进口附加关税，增加企业经济负担。SSU 系列生物酶改性淀粉，对常用木薯、玉米淀粉深度改性改性，显著提高了使用性能，可与进口高档浆料媲美。重要的是，与价格低于国外同类性能淀粉的50%，适合国内市场广泛需求。依据国内市场调查信息，目前高档纺织浆料需求量略50万吨，其中包括一些进口浆料，SSU系列生物改性淀粉不仅价格上有巨大优势（低于进口高档浆料价格50%），而且生物环保性极佳，理化性能指标：对纯棉粘着力68.36N，涤棉粘着力128.12N，纯涤粘着力113.57N，被认为具有取代PVA浆料潜力。

SSU系列生物改性淀粉配方及工艺成熟，已在亚洲最大纺织企业山东魏桥使用过，经过几年来使用状况来看，不仅提高织造效率（提高10%）而且降低了成本，更为环保做出了一份贡献。

随着社会的发展，人们对环保意识逐渐增强，一个绿色，无污染的生活和生产环境是今后发展必然趋势。SSU系列生物改性淀粉浆料具有优良的性能，生产加工，及其退浆等各个过程都不会污染环境。SSU系列生物酶改性淀粉是一种廉价、高质量、绿色的经纱上浆材料，将取代PVA上浆方面发挥重要作用。

4 结论

（1）SSU系列生物酶改性淀粉生产流程简单，生产过程不会对环境构成威胁，是一种绿色生产过程。

（2）SSU系列生物酶改性淀粉，在生物酶作用下，改变淀粉性质，降低原淀粉粘度和蛋白质含量，提高了浆料粘附和浆膜力学性能。

（3）SSU系列生物酶改性淀粉浆纱实践表明，显著提高了织造效率。SSU系列淀粉浆料具有取代PVA浆料的能力。

（4）据市场前景和企业使用状况表明，SSU系列生物酶改性淀粉价格低廉，性能优异，是新一代高档次的绿色环保上浆材料，将为取代PVA方面发挥重要作用。(童卓萍，王苗，祝顺生)

参考文献：

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