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阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用

发布日期:2015-02-15 16:12:05

阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用和阳离子羟丙基瓜尔胶

阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用合成阳离子羟丙基瓜尔胶(CHPG),研究了该系列瓜尔胶衍生物对旧报纸脱墨浆的助留助 滤作用。结果表明,在一定用量范围内,随着CHPG用量增加,细小组分留着率提高,浆料的打浆 度下降;当氮含量为1.98%的CHPG用量为0.6%时,浆料打浆度下降17°SR,细小组分留着率增加 60个百分点;而相同氮含量的阳离子瓜尔胶(CGG)用量为0.6%时,细小组分留着率增加48个百分 点,表明羟丙基侧链促进了吸附架桥作用。阳离子取代度越大,CHPG的助留助滤性能越好:CHPG 能够补偿细小组分留着率提高带来的强度损失。

瓜尔胶作为打浆助剂可 使纤维更易水化润胀,提高 成纸的勻度和强度。阳离子
瓜尔胶(CGG)是非常有效的助留助滤剂,能增加细小 纤维的留着与湿纸页的滤水性能,从而提高纸机车
速[1—2]。
天然瓜尔胶的优点是可生物降解、无毒以及抗剪 切力。阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用,CGG虽然不如聚丙烯酰胺(PAM)的絮聚效果 好,但产生过度絮聚的危害小于PAM,还不受系统 阴离子垃圾的影响,因此,CGG在造纸白水封闭系 统中有极大的应用潜能,尤其是在旧报纸的回用和未 漂硫酸盐浆的抄造工艺中应用更多[3]。目前,已有溶 剂法及半干法合成阳离子瓜尔胶的报道[4"5],但国内 还没有进行在瓜尔胶分子中同时引人非离子羟丙基和 阳离子季铵基制备阳离子羟丙基瓜尔胶(CHPG)的合 成研究。本实验在成功合成阳离子羟丙基瓜尔胶的基 础上,研究了其在湿部过程应用的特殊功效
1实验
1.1原料 1.1.1浆料
实验用旧报纸脱墨浆取自广州某造纸集团,打浆 度44°SR,灰分15.7%,细小组分含量34.8%。
1.1.2 CHPG和CGG的合成
将未纯化瓜尔胶原粉在一定温度和碱性条件下与 阳离子单体环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)醚化反应一 段时间,将物料分为两部分,一部分经中和分离洗 涤,烘干粉碎得到CGG,另一部分与环氧丙烷在相 转移催化剂(十六烷基三甲基氯化铵)的作用下继续反 应,产物经过同上处理后,即得CHPG。
改变反应条件得到不同取代度的CHPG,其理 化性质见表1。用凯氏定氮法测定纯化产品的氮含 量。
表1 CHPG和CGG的理化性质
透光率
/%黏度
/mPa*s氮含量
/%非离子摩尔 取代度(MS)
CGG7118001.970
CHPG18210001.980.5
CHPG2838501.251.2
CHPG3847600.672.5
注测定条件为:CGG、CHPG均配制成质量分数为1.0%的溶液,在
25^下测定;所配制溶液在室温放置15 d黏度没有变化,溶液没 有分层现象,上下均匀;MS指羟丙基阳离子瓜尔胶分子中接枝 的环氧丙烷与甘露糖的物质的量的比值[6]。
1.2实验方法 1.2.1浆料处理
将浆料(浆浓0.9%,如需加填料时,同时加人 PCC)置于标准纤维疏解器中,阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用,疏解30 s,然后稀释至 浆浓0.5%,加人瓜尔胶溶液。
CGG在中碱性条件下助留助滤效果较好,用 NaOH溶液调PH值到8.5。随着白水的封闭循环使用,当与CHPG1氮含 量相近的CGG用量为 0.6%时,打浆度自空 白样的44°SR下降至 33°SR,浆料的滤水性 能仅提尚25 %,说明 接枝了羟丙基的CHPG 0.4二量/%0.8w L2对浆料的助滤效果优于
50 4& 泛40 ^ 35 ^30 25 20
90
—CHPG180
^ »- CHPG2#70
CHPG3涵60
TXx ^ CGG -
麥50
夤40
30 20 '
0.20.4
0.60.8 L0
CHPG用量/%
L2 1.41.6
图1 CHPG用量与打浆度的关系图2
相同阳离子取代度的
CHPG用量对细小组分留着率的影响fYXL由Ihk谥昍.由益 
电解质浓度越来越高,电导率是表征其浓度的一个物 理量,其大小必然影响浆料中各组分电荷的存在状 态,进而影响细小组分的首程留着率。因此在调节 pH值的同时用NaCl控制浆料体系的电导率为0.2 s/ m(下同)。实验均在室温(25丈)下进行。
1.2.2滤水性能和留着率的测定
按照GB/T 3332—2004测定打浆度来表征浆料的 滤水性能。
实验用Electro-Craft® Motomatic II动态滤水仪 (DDJ)测量细小组分的首程留着率。CHPG与浆料混 合后,把浆料倒人转速为750 r/min的DDJ[7]。按照 TAPPI 标准 T 261 cm—94 收集滤液,用 HACH 2100P 浊度仪测定100 mL滤液的浊度,通过浊度与浓度的 标准曲线计算滤液浓度,即细小组分含量。细小组分 留着率=(1 -滤液中细小组分含量/浆料中细小组分 含量)xl00%。
1.2.3抄片及性能检测
将配好的桨料在TAPPI标准成形器上根据T 205 〇m_88抄造纸样。在231和50% RH条件下平衡纸 样水分24 h,然后测定其定量、抗张强度及撕裂度。
2结果与讨论
2.1CGG和CHPG对浆料滤水性能的影响
由图1可知,随CHPG和CGG用量的增加,浆料 打浆度逐渐减小。这是由于助剂分子吸附到纤维表 面,发生了重构、迁移和扩散,促使纤维絮聚,减少 了纤维与水的结合面积。当氮含量为1.98%的CH- PG1用量为0.6%时,打浆度自空白样的44°SR下降 到27°SR,浆料的滤水性能提高38.6%。用量进一步 增加时,滤水性能变差,这可能是过阳离子化的原 因。用氮含量为0.67%的CHPG3,要使打浆度由 44°SR下降到27°SR,其用量必须提高到0.8%,这说 明CHPG氮含量的增加有利于提高浆料的滤水性能。
中和作用是造成浆料脱 稳凝聚、水分析出的重要原因,但吸附架桥具有同样 的效果。
2.2CGG和CHPG对细小组分留着率的影响
由图2可知,随CHPG、CGG用量的增加,细小 组分留着率先快速上升,用量为0.4% ~0.8%时趋于 稳定,且达到最大,该留着率平均在80%以上。当 CHPG1用量为0.6%时,细小组分留着率比空白样增 加了 60.5个百分点。而采用相近氮含量的CGG,其 留着率仅提高48.0个百分点。阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用,说明CHPG大分子链 吸附细小纤维产生更多的缠绕,发挥了架桥絮凝作 用,从而利于更多细小组分的留着。随着氮含量的增 加、负电性浆料电荷中和作用的加强,较低的CHPG 用量就能明显提高细小组分的留着率。当用量为 0.4%,阳离子取代度较高的CHPG1比取代度较低的 CHPG2和CHPG3的留着效果更好。
2.3CHPG对浆料体系Zeta电位的影响
由图3可知,随CHPG用量的增加,体系的Zeta 电位快速增大,逐渐趋于零。有研究认为,体系的 Zeta电位在-8〜0 mV时,成纸的物理特性和纸机的 运行效率最好。CHPG最佳用量取决于产品的阳离子 取代度。CHPG1在用量为0.4%时Zeta电位在 - 5.4mV,而达到相同电位值的CHPG3的用量却增 加了1倍。这进一步证明了电荷中和在细小组分的留 着过程中起重要作用。虽然CHPG的过量投加使体系的电荷发生反转,但不高的Zeta电位值表明该助留 助滤剂不会造成像CPAM那样的过度絮凝。
2.4CHPG对成纸性能的影响
CHPG2的取代度和黏度适中,因此实验研究了 有和无PCC时CHPG2对纸张强度性能的影响。由表 2可知,加人CHPG2明显提高了纸张定量,对有PCC 的纸张定量的提高尤为显著,进一步证明CHPG能有 效提高细小纤维和PCC的留着。
由表2还可以看出,未加PCC时,尽管加人CH- PG使细小组分留着增加、纸张定量提高,但纸张抗 张指数与撕裂指数变化不大,说明CHPG能有效补偿 由细小组分留着带来的强度损失;但当PCC用量为 20%时,抗张指数和撕裂指数均降低,说明CHPG无 法完全补偿由于填料大量留着对纸样带来的强度损 失。在今后的实验研究中,有必要对CHPG引人增强 性功能基团,探讨其对浆料的增强机理及行为。
表2 CHPG2用量对成纸性能的影响
CHPG2用量
/%PCC用量
/%定量
/g.m-2抗张指数 /N*ra*g"1撕裂指数 /mN*m2*g_1
0051.625.210.2
0.4059.124.410.2
0.6060.024.310.1
0.8059.524.610.1
02057.121‘79.1
0.42069.717.48.7
0.62070.317.28.8
0.82071.617.08.9
3结论
3.1 CHPG能有效提高旧报纸脱墨浆的滤水性能和细 小组分的留着率。阳离子羟丙基瓜尔胶在旧报纸脱墨浆中的应用,当CHPG用量为0.4%-0.8%时, 浆料打浆度降低14 ~ 17°SR,细小组分留着率增加 50 ~ 60个百分点,留着效率提高2倍以上。
3.2 CHPG比CGG具有更优良的助留助滤效果,表 明羟丙基侧链促进了吸附架桥作用的发挥。
3.3随着阳离子取代度(以氮含量表示)的增加,达 到最佳留着率所需助剂用量降低。阳离子取代度越 大,CHPG的助留助滤能力越强,表明电荷中和发挥 了主要作用。因此为降低成本和提高滤水性能,实际 生产中应选用较高氮含量的产品。
3.4CHPG在一定程度上可补偿细小组分留着率提高 带来的强度损失。
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