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      不同分子量高陽離子度瓜爾膠控制廢紙漿微膠黏物的特性

      發布日期:2015-04-13 15:56:32
      固著劑
        利用廢紙漿進行抄造的過程中微膠黏物的控制 十分重要。所謂微膠黏物,一般是指能通過0 15_ 縫篩的膠黏物部分,主要是系統中以溶解或膠體的 狀態存在的物質(Dissolved and Colloidal Substances 以下簡稱DCS)。DCS物質在抄造系統中會因溫 度、濃度、剪切、IH或化學環境的突變而失穩,一部 分溶解物質可能會析出成為新的膠體物質,一部分膠體固著劑物質則會聚結變大,沉積在造紙網、毛布、真空 輥、吸水箱、烘缸、紙頁等處,造成生產不穩定和紙張 品質下降。
        
        目前在漿內對微膠黏物含量進行控制的有效方 法主要有化學固著劑法和生物酶分解法兩大類?;?學固著劑主要有硫酸鋁、聚合氯化鋁、聚胺、聚二甲 基二烯丙基氯化銨、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、高陽離 子度淀粉等,它們都具有分子量小、正電荷密度高的 特點,因此能將陰離子性較強的DCS成分有效地固 定到紙張纖維上,經抄紙帶出抄造系統,使系統得到 凈化[1]。生物酶的方法中目前比較成功的是利用 酯酶對脂肪酸甘油酯等膠黏物成份進行分解,在此 作用下膠黏物尺寸變小或者粘性降低,達到有效控 制膠黏物沉積的目的[2]。但是,分解產物中的脂肪 酸物質,雖然其本身不具粘性的,卻會使抄造系統的 陽離子需求量増加,同時和系統中的鈣、鎂、鋁等離 子結合仍然會產生粘性較大的物質,造成沉積,因此 可以說化學固著劑對應用于漿內的酶類膠黏物控制 劑的成功使用也起著重要的支撐作用[3]。
        
        但是使用固著劑將DCS成分(尤其是其中的憎 水性成分)固著到紙張上,對紙張的強度性能會產 生不良的影響[4]。另一方面,目前二次纖維回收利 用率在増加的同時,低廉混合廢紙的回用程度也増 加,加之工程用水的封閉程度也越來越高,使紙的質 量也有逐漸變差的趨勢。因此,有必要尋找新的助 劑或技術,使其既能有效地控制膠黏物又能抑制紙 質的下降。高陽離子度淀粉(HCS)被認為具有此項 功能,原因是它能以氫鍵作用的方式和纖維素產生 作用,因為它具有多羥基結構和類似纖維素的獨特 分子構型,與紙漿纖維有極好的親和性,對溶解于水 中的低分子碳水化合物也有很好的去除作用[5 6]。 鑒于此,我們認為,與淀粉結構極為相似的瓜爾膠, 因其直鏈上大部分伯羥基和仲羥基都處于外側,半 乳糖支鏈并不遮住醇羥基,比淀粉具有更大的氫鍵 結合面積,更短的氫鍵結合距離以及更大的氫鍵結 合力,因此,如果將瓜爾膠制成高陽離子度產品(高 陽離子度瓜爾膠,h igh y cation ic guar gum,以下簡 稱HCG),則在水溶液中,HCG分子要比HCS分子 能更多地形成直鏈結構,其活性基團要比HCS更容 易接近DCS目標物,其微膠黏物控制效果應好于 HCS〇但是,對于此設想的證實,目前基本上沒有具升,也就是說分子量越高的HCG更容易被纖維吸 附;反言之,分子量越小的HCG越容易與漿料液相 中的DCS作用。
        
        圖3 PA與不同分子量HCG固著劑對廢紙漿 濾液陽離子需求量的影響圖3表明,隨著四種固著劑加入量的增加,漿料 液相的陽離子需求量不斷下降。其中聚胺的作用最 顯著,這是由于其電荷密度要比陽離子瓜爾膠大得 多的緣故。480m in和120m in降解的HCG次之,未 降解的HCG作用效果最差。這和圖2所推導的結 果是一致的??梢愿爬ǖ卣f,對陰離子垃圾的中和 作用,分子量越小的HCG效果越明顯。這是因為分 子量小的HCG,在相同的重量基使用量條件下含有 的分子個數越多,越容易與DCS成分作用的緣故。
        
        圖4 PA與不同分子量HCG固著劑對 廢紙漿濾液COD含量的影響由圖4可以看出,隨著固著劑加入量的增加,漿 料液相的COD有不同程度的下降。文獻報導,使用 一般的固著劑只能將濾液COD值下降15% - 20% [7],但是意外的是,使用HCG時,COD的下降 率要比使用聚胺時高得多。這可能是因為HCG能 與廢紙漿液相中的某些COD成分(比如果膠類物 質)的結合能力要好于聚胺,這種結合能力很可能與氫鍵作用有關。
        
        另外陽離子瓜爾膠中,120m in鐘降解的HCG 作用效果最好,未降解HCG和480分鐘降解的 HCG作用效果次之,說明分子量適中的HCG與 COD成分的結合能力最好,但是其中更深入的原因 有待于進一步探明。從圖5可以看出,固著劑的加 入量在絕干漿的0 05%內時,隨著固著劑加入量的 增加,漿料液相濁度的下降十分明顯,而加入量大于 0 05%后,濁度變化十分緩慢。這說明陽離子電解 質的加入對去除廢紙漿漿料液相中的膠體物質組分 相當有效。特別值得注意的是,盡管HCG的電荷密 度遠小于聚胺,其去除膠體物質的效果等同于后者, 說明HCG與膠體物質的作用原理除電性中和與凝 結作用外,還有其它作用機理存在,根據HCG的特 殊化學結構,這種特殊的機理很可能就與氫鍵作用 有關。
        
        圖6表明了不同固著劑對漿料濾水性能的影 響。由圖可知,未降解的HCG對濾水速率的提高最 大,聚胺對濾水速率有一定程度的提高,但HCG120shingf造紙科學與技術》r 2006年第25卷第5期40 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publi0.000.100.200.30HCG用量/%HCG用量/%600500400300200100¥1窗0.100.200.30HCG用量/%和HCG480對濾水速度的影響較小。理論上,陽禺 子電解質與漿料組分之間可能存在電性中和 (charge neutralization )、補?。?patching)和架橋 (bridg ing)等作用,純粹的電性中和只能導致陰性和 陽性電解質復合體的生成,補丁機理導致凝結現象 (coagulation),架橋機理則導致絮凝現象(flocoik- tbn)。固著劑的電荷密度、分子量、分子構型等的 不同將導致不同的作用機理。上述結果表明:低分 子量的HCG主要以電性中和的機理作用,例如中和 DCS中的DS(溶解物質),這對濾水性能的影響較 ??;聚胺則可能以凝結機理作用,膠體粒子的凝結變 大能促進濾水,而未降解HCG的作用機理則可能包 括凝結、絮凝、氫鍵等多種作用。
        
        2 2固著劑對紙頁物理性能的影響75:70S■♦ HCGO□ HCG 30A HCG 120x HCG 480□ Control圖7不同降解程度的HCG對純漂白針葉木漿 抄造紙張抗張指數、撕裂指數、耐折度的影響。
        
        為更清楚地了解HCG具有的增強作用,研究過 程中首先以純針葉木為原料,打漿至打漿度48°S民 加入不同降解程度的高取代度陽離子瓜爾膠后制備了手抄紙并進行了強度測定,結果見圖7。
        
        圖7中采用T- TEST統計分析法對強度數據 進行比較,從而確定經固著劑處理的樣品與空白樣 品間是否存在差異。該方法以p值表示差異的有意 性,p值小于Q 05表示兩者間存在明顯的差異,p值 大于Q 05表示兩者間在統計意義上沒有差異[8]。 對于統計意義上與空白處理沒有差異的點,在圖中 將它們表示在兩條虛線之間(圖8也作了同樣的處 理)。由圖7可知:對抗張強度,未降解HCG (HCG0)少量使用時 (絕干量小于Q 07% ),對抗張強度有增強作用,用 量增大時破壞了勻度,導致強度下降;HCG 3(、12(、 480的分子量較低,導致勻度破壞的程度較弱,對抗 張強度沒有不良影響;對撕裂強度,整體來看,陽離 子瓜爾膠對撕裂強度有增強作用。其中HCG0對 撕裂強度沒有不良影響;HCG 30有明顯的增強作 用,當用量達到絕干量的Q 14%時,強度達到最大, 用量繼續增大,增強效果有所減弱;HCG 120的用量 在Q 14% (對絕干量)以內時,對撕裂強度有增強作 用;HCG 480的用量小于Q 07% (對絕干量)時,有 增強作用,用量增大,增強作用不明顯;對耐折度,當 HCG0的用量大于Q 20%時,耐折度有明顯的提 高;HCG 30和HCG 120均有明顯的增強作用;HCG 480的用量在Q 14%以內時,對耐折度有提高作用。 因此綜合地講,對于較純凈的漿料系統,HCG的增 強作用還是比較明顯的,尤其是對耐折度的提高最為明顯。
        
        圖8是使用脫墨廢紙漿進行抄造時加入HCG 對紙張其強度的影響。由圖可知:對抗張強度,在整 個作用量范圍內,四種不同降解程度的HCG基本上 沒有不良影響;對撕裂強度的影響:當HCG 0的用 量小于Q 14%時,對撕裂強度沒用不良影響,用量 大于Q 14%時,反而會引起強度的下降;HCG 30用 量小于Q 07%時,會使強度下降,用量增大時,對撕 裂強度沒有不良影響;在整個用量范圍內,HCG120 和HCG480對撕裂強度沒用不良影響;對耐折度,在 整個用量范圍內,HCG 0和HCG 30對耐折度有明 顯的提高作用;當HCG 120的用量達到絕干量的 Q 20%時,對紙張的耐折度有所提高;HCG 480分子 量最低,對纖維的絮凝作用小,對耐折度沒有增強效 果,但也沒有不良影響。綜合地講,與使用純化學漿 的情況相比,使用脫墨漿時HCG的增強作用減弱, 但是仍然起到了維持強度的效果,并且增加耐折度 的效果仍然是最明顯的。
        
        3210987644443333HCG用量/%t 1.90tag 1.855 1.80靶 1.75銥1.700.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25HCG用量/%35 30 ^ 25 | 20 窗15 10 50 0.00 0.05 0.100.150.20 0.25HCG用量/%♦ HCGO□ HCG 30A HCG 120x HCG 480□ Control圖8不同降解程度的HCG對廢紙漿抄造紙張 抗張指數、撕裂指數、耐折度的影響3結論3 1分子量高的HCG更容易被纖維吸附,分子量 小的HCG更容易和漿料中的DCS物質作用。 3 2盡管不同分子量級別的HCG的電荷密度遠小 于常用的聚胺類固著劑,它們去除漿內膠體物質和 COD成分的效果卻等同甚至好于后者,說明HCG 的作用機理還包括氫鍵作用等其它方式。
        
        3 3HCG對純化學漿有較好的增強作用,其中增加耐折度的效果最為明顯。作用于廢紙漿時,HCG 將微膠黏物固著至纖維,使其增強作用受到減弱,但 是對耐折度的提高仍然是最明顯的,抗張和撕裂度 能得到維持。
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