阳离子羟丙基瓜尔胶在二次纤维的应用研究

发布日期:2015-04-22 22:52:29
硼砂
  随着造纸工业二次纤维回用比例提高和白水封闭循环使用,纸浆悬浮体系中细小纤维含量增加,阴离子垃圾 积累,无机盐浓度上升,使抄造工艺越来越难控制。而目 前常用的阳离子淀粉用量大,需高温糊化,贮存时间短, 在二次纤维湿部化学的应用已暴露出一些缺点。
  
  天然高分子瓜尔胶(GG)作为一种自然界中广泛存 在的天然多聚糖,瓜尔胶分子中大部分伯羟基和仲羟基 位于外侧,经预处理后羟基的活性得到很大提高,较易接枝羟烷基、季铵基团和乙烯基单体等,改性后瓜尔胶水合 能力和抗生物降解能力增强。国外对瓜尔胶作为造纸增 强剂、助留助滤剂、絮凝剂、施胶剂等领域进行了深入的 研究天津科技大学研究了阳离子瓜尔胶在硫酸盐木浆、卷烟纸助留助滤性能[1],2005年秦丽娟?用半干法 合成阳离子瓜尔胶,表明GG及其衍生物已经引起造纸行 业的关注。
  
  本文采用独特的先阳离子化羟丙基化工艺制备了 CHPG,并应用于废新闻纸浆(0NP)的湿部抄造。自制产 品由于同时引入非离子和阳离子基团,和阳离子瓜尔胶 (CGG)相比,其水溶液透光性更好,结构中更多的柔性羟 丙基和刚性主链利于发挥氢键结合和吸附架桥作用,能更好地留着细小组分。C H P G /硼砂协同增效作用及各 种抄造条件的改变体现了非常好的规律性,从而对实际 抄纸过程有指导意义。
  
  1 实验1.1阳离子羟丙基瓜尔胶的合成50 g的瓜尔胶原粉,悬浮在一定比例的异丙醇/水溶 液中,搅拌l〇min,充分润湿粉状颗粒表面,然后,加入一 定量30%的氢氧化钠溶液,碱化30min后,滴加2,3_环氧 丙基三甲基氯化铵,同时升温到较高温度反应31u将物料 转移到高压反应釜中,充氮气,抽真空,用计量泵泵入计 量的氯丙醇,维持pH=10?11,借助反应放热物料自发升 温,反应4h后,经中和,过滤、烘干、粉碎等工艺得到阳离 子羟丙基瓜尔胶。
  
  1.2CHPG在废新闻纸浆中的应用 1.2.1原料与化学药品(1 )旧报纸脱墨浆:取自广州造纸集团上海快3开奖结果,打 浆度46°SR,细小组分含量3 6. 4%,CaC039. 8%。
  
  (2 )自制阳离子羟丙基瓜尔胶;硼砂,化学纯;沉淀碳 酸钙,质量分数90%的粒径<20 li m。
  
  CHPG的理化性质如下:外观为淡黄色粉末;阳离子取代度1. 55%;非离子取 代度1. 21%;透光率81%;粘度850mPa.s;溶解性:室温 15min完全溶解;储存稳定性:室温放置15d粘度无变化, 溶液无分层。
  
  1.2.2实验仪器HACH 2100P Turbidimeter浊度计;电导仪; HACH p H计;打浆度仪;动态滤水测定仪(D D J )。
  
  1.2.3粘度的测定用Br o okf i e 1 d粘度计。将产品CHPG用蒸馏水配制成1%浓度。
  
  1.2.4单程留着率的测定将DDJ和浊度计配合使用。首先配制0. 5%的废新闻 纸浆,经疏解,调节至要求的P H值和电导率,先加入 C H P G,搅拌1 m i n后,加入一定体积的硼砂溶液,搅拌 lmin,收集100ml滤液,测浊度。
  
  计算公式为:单程留着率(FPR ) = ( 1 —滤液浓度/试 样浓度)X 100%2 结果与讨论2.1自制产品的结构表征从图1可知:改性后瓜尔胶与瓜尔胶原粉的主峰位置 是一致的,在3300CHT1出现羟基的伸缩峰。在阳离子羟丙 基瓜尔胶的谱图上,出现1400cm-1的C-N伸缩振动,在图1 瓜尔胶及改性瓜尔胶的红外光谱图 1-未改性瓜尔胶 2-羟丙基瓜尔胶 3-阳离子羟丙基瓜尔胶698cm-1的峰归功于C-C1吸附键。证明了阳离子羟丙基 瓜尔胶接枝反应成功。
  
  2.2CHPG用量对二次纤维细小组分的留着从图2知道:随着纸浆中CHPG用量的增加,纤维和 细小组分的留着率增加,当CHPG用量为0. 4 %时,FPR 为86%,比空白提高了39%,以后随着用量增加,助留率 缓慢下降。瓜尔胶和纤维素分子具有天然的直接相亲性, 加入废纸浆悬浮液的CHPG吸附细小纤维,甘露糖和半 乳糖上大量的羟基借助氢键和纤维素形成复合物,且柔 性的羟丙基在悬浮体系中能自由运动,利于大分子的架 桥絮凝作用的发挥,再通过季铵阳离子和纸浆羧酸负离 子的静电吸引和电荷中和m,体系Zet.a电位上升,细小组 分和纤维均匀絮聚,从而实现留着。
  
  图2 CHPG用量对细小组分留着率的影响注:m(CHPG) :m(硼砂)=3:1,电导率2000P s/cm. pH=8. 5?
  
  当加填10 %沉淀碳酸钙时,由于比表面积更大的碳 酸钙带负电荷,使体系的阳离子需求量增加,FPR下降。 相同用量的CHPG,不加碳酸钙的纸浆比加填的FPR高 出10 %。但当CHPG/硼砂配合投加,m (CHPG) :m (硼砂) =3 :1时FPR能提高15 %?20 % ,体现出协同效果。分析原因:在C HP G分子内及分子间的邻近羟基将与硼离子 形成共价键,在一定范围内产生网络结构,从而能够留着 更多的纤维及填料。因此,在实际生产中为了达到同样的 目的,可以配合使用廉价的硼砂,从而降低C H P G用量 15%?20 % 〇
  
  2.3FPR与浆料pH值的关系图3表明:C H P G在中性和偏碱性条件下的助留性能 较好,适宜的抄造pH值为7. 5?8. 8,可以用于越来越受到 广泛关注的中碱性抄纸体系。这和王军利[4]得出的结论是 一致的。当m(CHPG) :m (硼砂)=3:1投加时,pH = 8. 5时 F P R高达9 3 %,p H = 9时F P R达到9 2 %,废纸浆中只有8 % 的细小组分进入白水系统,说明C H P G /硼砂二元体系提 高了细小组分的留着,更加适宜于二次纤维的碱性抄造。 2.4浆料悬浮液中无机盐(NaCl)对FPR的影响随着白水的封闭循环使用,造纸厂湿部的盐离子和 金属离子浓度越来越高,而电导率是表征它们浓度的一70彳卑第27卷第7期2006年7月化学品?
  
  技术进步Technologya个物理量,它的大小必然影响浆料中各组分的电荷存在 状态,进而影响FPR。图4显示:无机盐的存在会干扰 CHPG助留能力的发挥,当悬浮体系的电导率自1000 u s/cm上升到6000 u s/cm, FPR从91. 55?4 下降到81. 75 %。因为带正电荷的金属离子和CHPG分子中的季铵基 团同性相斥,使位于侧链的半乳糖和羟丙基的活动受阻, 变得比较卷曲,降低了其吸附架桥能力。但是从图4可知, 在纸浆中添加硼砂,当m (C H P G) : m (硼砂)=3 :1时将提高 体系抗无机盐污染物的能力,FPR值下降幅度明显减缓。 2.5 CHPG的耐剪切性能从图5可以看出,随着搅拌速度的不断提高,FPR明 显下降,这是由于留着过程受到凝聚速度和解聚速度两 方面的影响,随着搅拌速度提高,解聚作用加强,造成FPR下降。但在纸浆中添加硼砂,当m (CHPG) :m (硼砂) =3 : 1时,由于形成交联网络结构,使细小纤维和填料絮聚 成比较硬实的絮团,抗剪切能力得以提高,因而CHPG/ 硼砂的二元体系更加适宜高车速、高湍流的现代化抄造 工艺。
  
  2.6CHPG和CHPG/硼砂对纸浆滤水性能的影响见图6,随着CHPG用量的增加,打浆度逐渐下降,当 用量为0. 4%时,自48 ° SR下降到31 ° SR,此时助留效果也 是最好的,继续增大用量,打浆度不再变化,考虑处理成 本,确定CHPG的最佳用量0. 4%(相对于绝干浆)。图7说 明:固定此用量,增加硼砂的质量,打浆度维持在28?30° S R,不再继续降低。这说明瓜尔胶/硼砂交联网状结构利 于圈住更多的细小组分,但对滤水没有贡献。
  
  2.7CHPG和阳离子淀粉的 性价比较以某知名 公司阳离子淀 粉(CS)作为对 照,C H P G表 现出较明显的 性能优势和价 格优势,如表图6 CHPG用量对打浆度的影响注:电导率2000 u s/cm,pH值=8. 5。
  
  1,并且CHPG水溶液常温配S35? 30S252023456789m(CHPG) : m(硼砂)
  
  图7 CHPG与硼砂的比例对打浆度的影响 注:CHPG用量0? 4%,电导率2000 lx s/cm,pH值=8. 5。
  
  制即可,贮存 时间内产品性 能稳定,有效 简化了操作工序。还避免了大量阳离子淀粉在纸浆中随水流失,造成白水C0D增加 的风险,特别适宜二次纤维回用系统。
  
  liiI os908070601 96ddd表1 用于废新闻纸浆阳离子助留助滤剂的性价比用量单程留着率 %打浆度°SR成本 元/t浆空白纸浆6148CHPG 0.4%9030100CS 2.5%8033150注:自制CHPG25元/kg,进口CS6元/kg。
  
  图5 DDJ转速对FPR的影响注:CHPG用量0? 4%,pH=8. 5, m (CHPG) : m (硼砂)=3 :1。
  
  3 结论利用DDJ系统研宄了废新闻纸浆抄造工艺中的 CHPG及其与硼砂二元体系的应用条件,得出如下结论:3.1当添加CHPG用量为0. 4% (对绝干浆),pH = 7. 5? 8. 8,电导率2000 u s/cm时,CHPG发挥很好的助留助滤 性能,首程留着率达到86%以上,打浆度自48°SR下降到 31 -SR。
  
  3.2硼砂与CHPG以m (CHPG) :m (硼砂)=3 : 1配合使用,将有力促进细小组分的留着,但不能进一步降低打浆 度,和不加硼砂样对比,相同用量下的CHPG, FPR提高 1〇%~20% 〇
  
  3.3CHPG/硼砂的二元体系适宜中碱性pH,表现了很 好的抗无机盐和剪切速度的能力,能够适合现代化纸机的 高速、高剪切特性。并且其性价比优于常规阳离子淀粉。
 
上海快3平台 上海快3平台 上海快3平台 上海快三基本走势图50期 上海快3预测 上海快3平台 上海快3平台 上海快3 上海快3 上海快3走势图