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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      陽離子羥丙基瓜爾膠在二次纖維的應用研究

      發布日期:2015-04-22 22:52:29
      硼砂
        隨著造紙工業二次纖維回用比例提高和白水封閉循環使用,紙漿懸浮體系中細小纖維含量增加,陰離子垃圾 積累,無機鹽濃度上升,使抄造工藝越來越難控制。而目 前常用的陽離子淀粉用量大,需高溫糊化,貯存時間短, 在二次纖維濕部化學的應用已暴露出一些缺點。
        
        天然高分子瓜爾膠(GG)作為一種自然界中廣泛存 在的天然多聚糖,瓜爾膠分子中大部分伯羥基和仲羥基 位于外側,經預處理后羥基的活性得到很大提高,較易接枝羥烷基、季銨基團和乙烯基單體等,改性后瓜爾膠水合 能力和抗生物降解能力增強。國外對瓜爾膠作為造紙增 強劑、助留助濾劑、絮凝劑、施膠劑等領域進行了深入的 研究天津科技大學研究了陽離子瓜爾膠在硫酸鹽木漿、卷煙紙中助留助濾性能[1],2005年秦麗娟?用半干法 合成陽離子瓜爾膠,表明GG及其衍生物已經引起造紙行 業的關注。
        
        本文采用獨特的先陽離子化后羥丙基化工藝制備了 CHPG,并應用于廢新聞紙漿(0NP)的濕部抄造。自制產 品由于同時引入非離子和陽離子基團,和陽離子瓜爾膠 (CGG)相比,其水溶液透光性更好,結構中更多的柔性羥 丙基和剛性主鏈利于發揮氫鍵結合和吸附架橋作用,能更好地留著細小組分。C H P G /硼砂的協同增效作用及各 種抄造條件的改變體現了非常好的規律性,從而對實際 抄紙過程有指導意義。
        
        1 實驗1.1陽離子羥丙基瓜爾膠的合成50 g的瓜爾膠原粉,懸浮在一定比例的異丙醇/水溶 液中,攪拌l〇min,充分潤濕粉狀顆粒表面,然后,加入一 定量30%的氫氧化鈉溶液,堿化30min后,滴加2,3_環氧 丙基三甲基氯化銨,同時升溫到較高溫度反應31u將物料 轉移到高壓反應釜中,充氮氣,抽真空,用計量泵泵入計 量的氯丙醇,維持pH=10?11,借助反應放熱物料自發升 溫,反應4h后,經中和,過濾、烘干、粉碎等工藝得到陽離 子羥丙基瓜爾膠。
        
        1.2CHPG在廢新聞紙漿中的應用 1.2.1原料與化學藥品(1 )舊報紙脫墨漿:取自廣州造紙集團有限公司,打 漿度46°SR,細小組分含量3 6. 4%,CaC039. 8%。
        
        (2 )自制陽離子羥丙基瓜爾膠;硼砂,化學純;沉淀碳 酸鈣,質量分數90%的粒徑<20 li m。
        
        CHPG的理化性質如下:外觀為淡黃色粉末;陽離子取代度1. 55%;非離子取 代度1. 21%;透光率81%;粘度850mPa.s;溶解性:室溫 15min完全溶解;儲存穩定性:室溫放置15d粘度無變化, 溶液無分層。
        
        1.2.2實驗儀器HACH 2100P Turbidimeter濁度計;電導儀; HACH p H計;打漿度儀;動態濾水測定儀(D D J )。
        
        1.2.3粘度的測定用Br o okf i e 1 d粘度計。將產品CHPG用蒸餾水配制成1%濃度。
        
        1.2.4單程留著率的測定將DDJ和濁度計配合使用。首先配制0. 5%的廢新聞 紙漿,經疏解,調節至要求的P H值和電導率,先加入 C H P G,攪拌1 m i n后,加入一定體積的硼砂溶液,攪拌 lmin,收集100ml濾液,測濁度。
        
        計算公式為:單程留著率(FPR ) = ( 1 —濾液濃度/試 樣濃度)X 100%2 結果與討論2.1自制產品的結構表征從圖1可知:改性后瓜爾膠與瓜爾膠原粉的主峰位置 是一致的,在3300CHT1出現羥基的伸縮峰。在陽離子羥丙 基瓜爾膠的譜圖上,出現1400cm-1的C-N伸縮振動,在圖1 瓜爾膠及改性瓜爾膠的紅外光譜圖 1-未改性瓜爾膠 2-羥丙基瓜爾膠 3-陽離子羥丙基瓜爾膠698cm-1的峰歸功于C-C1吸附鍵。證明了陽離子羥丙基 瓜爾膠接枝反應成功。
        
        2.2CHPG用量對二次纖維細小組分的留著從圖2知道:隨著紙漿中CHPG用量的增加,纖維和 細小組分的留著率增加,當CHPG用量為0. 4 %時,FPR 為86%,比空白提高了39%,以后隨著用量增加,助留率 緩慢下降。瓜爾膠和纖維素分子具有天然的直接相親性, 加入廢紙漿懸浮液的CHPG吸附細小纖維,甘露糖和半 乳糖上大量的羥基借助氫鍵和纖維素形成復合物,且柔 性的羥丙基在懸浮體系中能自由運動,利于大分子的架 橋絮凝作用的發揮,再通過季銨陽離子和紙漿羧酸負離 子的靜電吸引和電荷中和m,體系Zet.a電位上升,細小組 分和纖維均勻絮聚,從而實現留著。
        
        圖2 CHPG用量對細小組分留著率的影響注:m(CHPG) :m(硼砂)=3:1,電導率2000P s/cm. pH=8. 5?
        
        當加填10 %沉淀碳酸鈣時,由于比表面積更大的碳 酸鈣帶負電荷,使體系的陽離子需求量增加,FPR下降。 相同用量的CHPG,不加碳酸鈣的紙漿比加填的FPR高 出10 %。但當CHPG/硼砂配合投加,m (CHPG) :m (硼砂) =3 :1時FPR能提高15 %?20 % ,體現出協同效果。分析其 原因:在C HP G分子內及分子間的鄰近羥基將與硼離子 形成共價鍵,在一定范圍內產生網絡結構,從而能夠留著 更多的纖維及填料。因此,在實際生產中為了達到同樣的 目的,可以配合使用廉價的硼砂,從而降低C H P G用量 15%?20 % 〇
        
        2.3FPR與漿料pH值的關系圖3表明:C H P G在中性和偏堿性條件下的助留性能 較好,適宜的抄造pH值為7. 5?8. 8,可以用于越來越受到 廣泛關注的中堿性抄紙體系。這和王軍利[4]得出的結論是 一致的。當m(CHPG) :m (硼砂)=3:1投加時,pH = 8. 5時 F P R高達9 3 %,p H = 9時F P R達到9 2 %,廢紙漿中只有8 % 的細小組分進入白水系統,說明C H P G /硼砂二元體系提 高了細小組分的留著,更加適宜于二次纖維的堿性抄造。 2.4漿料懸浮液中無機鹽(NaCl)對FPR的影響隨著白水的封閉循環使用,造紙廠濕部的鹽離子和 金屬離子濃度越來越高,而電導率是表征它們濃度的一70彳卑第27卷第7期2006年7月化學品?
        
        技術進步Technologya個物理量,它的大小必然影響漿料中各組分的電荷存在 狀態,進而影響FPR。圖4顯示:無機鹽的存在會干擾 CHPG助留能力的發揮,當懸浮體系的電導率自1000 u s/cm上升到6000 u s/cm, FPR從91. 55?4 下降到81. 75 %。因為帶正電荷的金屬離子和CHPG分子中的季銨基 團同性相斥,使位于側鏈的半乳糖和羥丙基的活動受阻, 變得比較卷曲,降低了其吸附架橋能力。但是從圖4可知, 在紙漿中添加硼砂,當m (C H P G) : m (硼砂)=3 :1時將提高 體系抗無機鹽污染物的能力,FPR值下降幅度明顯減緩。 2.5 CHPG的耐剪切性能從圖5可以看出,隨著攪拌速度的不斷提高,FPR明 顯下降,這是由于留著過程受到凝聚速度和解聚速度兩 方面的影響,隨著攪拌速度提高,解聚作用加強,造成FPR下降。但在紙漿中添加硼砂,當m (CHPG) :m (硼砂) =3 : 1時,由于形成交聯網絡結構,使細小纖維和填料絮聚 成比較硬實的絮團,抗剪切能力得以提高,因而CHPG/ 硼砂的二元體系更加適宜高車速、高湍流的現代化抄造 工藝。
        
        2.6CHPG和CHPG/硼砂對紙漿濾水性能的影響見圖6,隨著CHPG用量的增加,打漿度逐漸下降,當 用量為0. 4%時,自48 ° SR下降到31 ° SR,此時助留效果也 是最好的,繼續增大用量,打漿度不再變化,考慮處理成 本,確定CHPG的最佳用量0. 4%(相對于絕干漿)。圖7說 明:固定此用量,增加硼砂的質量,打漿度維持在28?30° S R,不再繼續降低。這說明瓜爾膠/硼砂交聯網狀結構利 于圈住更多的細小組分,但對濾水沒有貢獻。
        
        2.7CHPG和陽離子淀粉的 性價比較以某知名 公司陽離子淀 粉(CS)作為對 照,C H P G表 現出較明顯的 性能優勢和價 格優勢,如表圖6 CHPG用量對打漿度的影響注:電導率2000 u s/cm,pH值=8. 5。
        
        1,并且CHPG水溶液常溫配S35? 30S252023456789m(CHPG) : m(硼砂)
        
        圖7 CHPG與硼砂的比例對打漿度的影響 注:CHPG用量0? 4%,電導率2000 lx s/cm,pH值=8. 5。
        
        制即可,貯存 時間內產品性 能穩定,有效 簡化了操作工序。還避免了大量陽離子淀粉在紙漿中隨水流失,造成白水C0D增加 的風險,特別適宜二次纖維回用系統。
        
        liiI os908070601 96ddd表1 用于廢新聞紙漿陽離子助留助濾劑的性價比用量單程留著率 %打漿度°SR成本 元/t漿空白紙漿6148CHPG 0.4%9030100CS 2.5%8033150注:自制CHPG25元/kg,進口CS6元/kg。
        
        圖5 DDJ轉速對FPR的影響注:CHPG用量0? 4%,pH=8. 5, m (CHPG) : m (硼砂)=3 :1。
        
        3 結論利用DDJ系統研宄了廢新聞紙漿抄造工藝中的 CHPG及其與硼砂二元體系的應用條件,得出如下結論:3.1當添加CHPG用量為0. 4% (對絕干漿),pH = 7. 5? 8. 8,電導率2000 u s/cm時,CHPG發揮很好的助留助濾 性能,首程留著率達到86%以上,打漿度自48°SR下降到 31 -SR。
        
        3.2硼砂與CHPG以m (CHPG) :m (硼砂)=3 : 1配合使用,將有力促進細小組分的留著,但不能進一步降低打漿 度,和不加硼砂樣對比,相同用量下的CHPG, FPR提高 1〇%~20% 〇
        
        3.3CHPG/硼砂的二元體系適宜中堿性pH,表現了很 好的抗無機鹽和剪切速度的能力,能夠適合現代化紙機的 高速、高剪切特性。并且其性價比優于常規陽離子淀粉。
       
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