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陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用

發布日期:2015-02-15 16:12:05

陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用和陽離子羥丙基瓜爾膠

陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用,合成了陽離子羥丙基瓜爾膠(CHPG),研究了該系列瓜爾膠衍生物對舊報紙脫墨漿的助留助 濾作用。結果表明,在一定用量范圍內,隨著CHPG用量增加,細小組分留著率提高,漿料的打漿 度下降;當氮含量為1.98%的CHPG用量為0.6%時,漿料打漿度下降17°SR,細小組分留著率增加 60個百分點;而相同氮含量的陽離子瓜爾膠(CGG)用量為0.6%時,細小組分留著率增加48個百分 點,表明羥丙基側鏈促進了吸附架橋作用。陽離子取代度越大,CHPG的助留助濾性能越好:CHPG 能夠補償細小組分留著率提高帶來的強度損失。

瓜爾膠作為打漿助劑可 使纖維更易水化潤脹,提高 成紙的勻度和強度。陽離子
瓜爾膠(CGG)是非常有效的助留助濾劑,能增加細小 纖維的留著與濕紙頁的濾水性能,從而提高紙機車
速[1—2]。
天然瓜爾膠的優點是可生物降解、無毒以及抗剪 切力。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用,CGG雖然不如聚丙烯酰胺(PAM)的絮聚效果 好,但產生過度絮聚的危害小于PAM,還不受系統 陰離子垃圾的影響,因此,CGG在造紙白水封閉系 統中有極大的應用潛能,尤其是在舊報紙的回用和未 漂硫酸鹽漿的抄造工藝中應用更多[3]。目前,已有溶 劑法及半干法合成陽離子瓜爾膠的報道[4"5],但國內 還沒有進行在瓜爾膠分子中同時引人非離子羥丙基和 陽離子季銨基制備陽離子羥丙基瓜爾膠(CHPG)的合 成研究。本實驗在成功合成陽離子羥丙基瓜爾膠的基 礎上,研究了其在濕部過程應用的特殊功效。
1實驗
1.1原料 1.1.1漿料
實驗用舊報紙脫墨漿取自廣州某造紙集團,打漿 度44°SR,灰分15.7%,細小組分含量34.8%。
1.1.2 CHPG和CGG的合成
將未純化瓜爾膠原粉在一定溫度和堿性條件下與 陽離子單體環氧丙基三甲基氯化銨(ETA)醚化反應一 段時間,將物料分為兩部分,一部分經中和分離洗 滌,烘干粉碎得到CGG,另一部分與環氧丙烷在相 轉移催化劑(十六烷基三甲基氯化銨)的作用下繼續反 應,產物經過同上處理后,即得CHPG。
改變反應條件得到不同取代度的CHPG,其理 化性質見表1。用凱氏定氮法測定純化產品的氮含 量。
表1 CHPG和CGG的理化性質
透光率
/%黏度
/mPa*s氮含量
/%非離子摩爾 取代度(MS)
CGG7118001.970
CHPG18210001.980.5
CHPG2838501.251.2
CHPG3847600.672.5
注測定條件為:CGG、CHPG均配制成質量分數為1.0%的溶液,在
25^下測定;所配制溶液在室溫放置15 d黏度沒有變化,溶液沒 有分層現象,上下均勻;MS指羥丙基陽離子瓜爾膠分子中接枝 的環氧丙烷與甘露糖的物質的量的比值[6]。
1.2實驗方法 1.2.1漿料處理
將漿料(漿濃0.9%,如需加填料時,同時加人 PCC)置于標準纖維疏解器中,陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用,疏解30 s,然后稀釋至 漿濃0.5%,加人瓜爾膠溶液。
CGG在中堿性條件下助留助濾效果較好,用 NaOH溶液調PH值到8.5。隨著白水的封閉循環使用,當與CHPG1氮含 量相近的CGG用量為 0.6%時,打漿度自空 白樣的44°SR下降至 33°SR,漿料的濾水性 能僅提尚25 %,說明 接枝了羥丙基的CHPG 0.4二量/%0.8w L2對漿料的助濾效果優于
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
圖1 CHPG用量與打漿度的關系圖2
相同陽離子取代度的
CHPG用量對細小組分留著率的影響fYXL由Ihk謚昍.由益 
電解質濃度越來越高,電導率是表征其濃度的一個物 理量,其大小必然影響漿料中各組分電荷的存在狀 態,進而影響細小組分的首程留著率。因此在調節 pH值的同時用NaCl控制漿料體系的電導率為0.2 s/ m(下同)。實驗均在室溫(25丈)下進行。
1.2.2濾水性能和留著率的測定
按照GB/T 3332—2004測定打漿度來表征漿料的 濾水性能。
實驗用Electro-Craft® Motomatic II動態濾水儀 (DDJ)測量細小組分的首程留著率。CHPG與漿料混 合后,把漿料倒人轉速為750 r/min的DDJ[7]。按照 TAPPI 標準 T 261 cm—94 收集濾液,用 HACH 2100P 濁度儀測定100 mL濾液的濁度,通過濁度與濃度的 標準曲線計算濾液濃度,即細小組分含量。細小組分 留著率=(1 -濾液中細小組分含量/漿料中細小組分 含量)xl00%。
1.2.3抄片及性能檢測
將配好的槳料在TAPPI標準成形器上根據T 205 〇m_88抄造紙樣。在231和50% RH條件下平衡紙 樣水分24 h,然后測定其定量、抗張強度及撕裂度。
2結果與討論
2.1CGG和CHPG對漿料濾水性能的影響
由圖1可知,隨CHPG和CGG用量的增加,漿料 打漿度逐漸減小。這是由于助劑分子吸附到纖維表 面,發生了重構、遷移和擴散,促使纖維絮聚,減少 了纖維與水的結合面積。當氮含量為1.98%的CH- PG1用量為0.6%時,打漿度自空白樣的44°SR下降 到27°SR,漿料的濾水性能提高38.6%。用量進一步 增加時,濾水性能變差,這可能是過陽離子化的原 因。用氮含量為0.67%的CHPG3,要使打漿度由 44°SR下降到27°SR,其用量必須提高到0.8%,這說 明CHPG氮含量的增加有利于提高漿料的濾水性能。
中和作用是造成漿料脫 穩凝聚、水分析出的重要原因,但吸附架橋具有同樣 的效果。
2.2CGG和CHPG對細小組分留著率的影響
由圖2可知,隨CHPG、CGG用量的增加,細小 組分留著率先快速上升,用量為0.4% ~0.8%時趨于 穩定,且達到最大,該留著率平均在80%以上。當 CHPG1用量為0.6%時,細小組分留著率比空白樣增 加了 60.5個百分點。而采用相近氮含量的CGG,其 留著率僅提高48.0個百分點。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用,說明CHPG大分子鏈 吸附細小纖維產生更多的纏繞,發揮了架橋絮凝作 用,從而利于更多細小組分的留著。隨著氮含量的增 加、負電性漿料電荷中和作用的加強,較低的CHPG 用量就能明顯提高細小組分的留著率。當用量為 0.4%,陽離子取代度較高的CHPG1比取代度較低的 CHPG2和CHPG3的留著效果更好。
2.3CHPG對漿料體系Zeta電位的影響
由圖3可知,隨CHPG用量的增加,體系的Zeta 電位快速增大,逐漸趨于零。有研究認為,體系的 Zeta電位在-8?0 mV時,成紙的物理特性和紙機的 運行效率最好。CHPG最佳用量取決于產品的陽離子 取代度。CHPG1在用量為0.4%時Zeta電位在 - 5.4mV,而達到相同電位值的CHPG3的用量卻增 加了1倍。這進一步證明了電荷中和在細小組分的留 著過程中起重要作用。雖然CHPG的過量投加使體系的電荷發生反轉,但不高的Zeta電位值表明該助留 助濾劑不會造成像CPAM那樣的過度絮凝。
2.4CHPG對成紙性能的影響
CHPG2的取代度和黏度適中,因此實驗研究了 有和無PCC時CHPG2對紙張強度性能的影響。由表 2可知,加人CHPG2明顯提高了紙張定量,對有PCC 的紙張定量的提高尤為顯著,進一步證明CHPG能有 效提高細小纖維和PCC的留著。
由表2還可以看出,未加PCC時,盡管加人CH- PG使細小組分留著增加、紙張定量提高,但紙張抗 張指數與撕裂指數變化不大,說明CHPG能有效補償 由細小組分留著帶來的強度損失;但當PCC用量為 20%時,抗張指數和撕裂指數均降低,說明CHPG無 法完全補償由于填料大量留著對紙樣帶來的強度損 失。在今后的實驗研究中,有必要對CHPG引人增強 性功能基團,探討其對漿料的增強機理及行為。
表2 CHPG2用量對成紙性能的影響
CHPG2用量
/%PCC用量
/%定量
/g.m-2抗張指數 /N*ra*g"1撕裂指數 /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結論
3.1 CHPG能有效提高舊報紙脫墨漿的濾水性能和細 小組分的留著率。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報紙脫墨漿中的應用,當CHPG用量為0.4%-0.8%時, 漿料打漿度降低14 ~ 17°SR,細小組分留著率增加 50 ~ 60個百分點,留著效率提高2倍以上。
3.2 CHPG比CGG具有更優良的助留助濾效果,表 明羥丙基側鏈促進了吸附架橋作用的發揮。
3.3隨著陽離子取代度(以氮含量表示)的增加,達 到最佳留著率所需助劑用量降低。陽離子取代度越 大,CHPG的助留助濾能力越強,表明電荷中和發揮 了主要作用。因此為降低成本和提高濾水性能,實際 生產中應選用較高氮含量的產品。
3.4CHPG在一定程度上可補償細小組分留著率提高 帶來的強度損失。
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