隨著造紙工業(yè)二次纖維回用比例提高和白水封閉循環(huán)使用，紙漿懸浮體系中細(xì)小纖維含量增加，陰離子垃圾 積累，無(wú)機(jī)鹽濃度上升，使抄造工藝越來(lái)越難控制。而目 前常用的陽(yáng)離子淀粉用量大，需高溫糊化，貯存時(shí)間短， 在二次纖維濕部化學(xué)的應(yīng)用已暴露出一些缺點(diǎn)。

　　

　　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(cè)，經(jīng)預(yù)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(tuán)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(qiáng)。國(guó)外對(duì)瓜爾膠作為造紙?jiān)?強(qiáng)劑、助留助濾劑、絮凝劑、施膠劑等領(lǐng)域進(jìn)行了深入的 研究天津科技大學(xué)研究了陽(yáng)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(yáng)離子瓜爾膠，表明GG及其衍生物已經(jīng)引起造紙行 業(yè)的關(guān)注。

　　

　　本文采用獨(dú)特的先陽(yáng)離子化后羥丙基化工藝制備了 CHPG，并應(yīng)用于廢新聞紙漿（0NP)的濕部抄造。自制產(chǎn) 品由于同時(shí)引入非離子和陽(yáng)離子基團(tuán)，和陽(yáng)離子瓜爾膠 (CGG)相比，其水溶液透光性更好，結(jié)構(gòu)中更多的柔性羥 丙基和剛性主鏈利于發(fā)揮氫鍵結(jié)合和吸附架橋作用，能更好地留著細(xì)小組分。C H P G /硼砂的協(xié)同增效作用及各 種抄造條件的改變體現(xiàn)了非常好的規(guī)律性，從而對(duì)實(shí)際 抄紙過(guò)程有指導(dǎo)意義。

　　

　　1 實(shí)驗(yàn)1.1陽(yáng)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(rùn)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(huán)氧 丙基三甲基氯化銨，同時(shí)升溫到較高溫度反應(yīng)31u將物料 轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，充氮?dú)?，抽真空，用?jì)量泵泵入計(jì) 量的氯丙醇，維持pH=10?11,借助反應(yīng)放熱物料自發(fā)升 溫，反應(yīng)4h后，經(jīng)中和，過(guò)濾、烘干、粉碎等工藝得到陽(yáng)離 子羥丙基瓜爾膠。

　　

　　1.2CHPG在廢新聞紙漿中的應(yīng)用 1.2.1原料與化學(xué)藥品(1 )舊報(bào)紙脫墨漿：取自廣州造紙集團(tuán)有限公司，打 漿度46°SR，細(xì)小組分含量3 6. 4%，CaC039. 8%。

　　

　　(2 )自制陽(yáng)離子羥丙基瓜爾膠；硼砂，化學(xué)純；沉淀碳 酸鈣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%的粒徑<20 li m。

　　

　　CHPG的理化性質(zhì)如下：外觀為淡黃色粉末；陽(yáng)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(chǔ)存穩(wěn)定性：室溫放置15d粘度無(wú)變化， 溶液無(wú)分層。

　　

　　1.2.2實(shí)驗(yàn)儀器HACH 2100P Turbidimeter濁度計(jì)；電導(dǎo)儀； HACH p H計(jì)；打漿度儀；動(dòng)態(tài)濾水測(cè)定儀（D D J )。

　　

　　1.2.3粘度的測(cè)定用Br o okf i e 1 d粘度計(jì)。將產(chǎn)品CHPG用蒸餾水配制成1%濃度。

　　

　　1.2.4單程留著率的測(cè)定將DDJ和濁度計(jì)配合使用。首先配制0. 5%的廢新聞 紙漿，經(jīng)疏解，調(diào)節(jié)至要求的P H值和電導(dǎo)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(cè)濁度。

　　

　　計(jì)算公式為：?jiǎn)纬塘糁剩‵PR ) = ( 1 —濾液濃度/試 樣濃度）X 100%2 結(jié)果與討論2.1自制產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(xiàn)羥基的伸縮峰。在陽(yáng)離子羥丙 基瓜爾膠的譜圖上，出現(xiàn)1400cm-1的C-N伸縮振動(dòng)，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(yáng)離子羥丙基瓜爾膠698cm-1的峰歸功于C-C1吸附鍵。證明了陽(yáng)離子羥丙基 瓜爾膠接枝反應(yīng)成功。

　　

　　2.2CHPG用量對(duì)二次纖維細(xì)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(xì)小組分的留著率增加，當(dāng)CHPG用量為0. 4 %時(shí)，F(xiàn)PR 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(xì)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(fù)合物，且柔 性的羥丙基在懸浮體系中能自由運(yùn)動(dòng)，利于大分子的架 橋絮凝作用的發(fā)揮，再通過(guò)季銨陽(yáng)離子和紙漿羧酸負(fù)離 子的靜電吸引和電荷中和m，體系Zet.a電位上升，細(xì)小組 分和纖維均勻絮聚，從而實(shí)現(xiàn)留著。

　　

　　圖2 CHPG用量對(duì)細(xì)小組分留著率的影響注：m(CHPG) :m(硼砂）=3:1，電導(dǎo)率2000P s/cm. pH=8. 5?

　　

　　當(dāng)加填10 %沉淀碳酸鈣時(shí)，由于比表面積更大的碳 酸鈣帶負(fù)電荷，使體系的陽(yáng)離子需求量增加，F(xiàn)PR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(dāng)CHPG/硼砂配合投加，m (CHPG) :m (硼砂） =3 :1時(shí)FPR能提高15 %?20 % ,體現(xiàn)出協(xié)同效果。分析其 原因：在C HP G分子內(nèi)及分子間的鄰近羥基將與硼離子 形成共價(jià)鍵，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而能夠留著 更多的纖維及填料。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中為了達(dá)到同樣的 目的，可以配合使用廉價(jià)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(guān)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(lái)越受到 廣泛關(guān)注的中堿性抄紙?bào)w系。這和王軍利[4]得出的結(jié)論是 一致的。當(dāng)m(CHPG) :m (硼砂）=3:1投加時(shí)，pH = 8. 5時(shí) F P R高達(dá)9 3 %，p H = 9時(shí)F P R達(dá)到9 2 %,廢紙漿中只有8 % 的細(xì)小組分進(jìn)入白水系統(tǒng)，說(shuō)明C H P G /硼砂二元體系提 高了細(xì)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(wú)機(jī)鹽(NaCl)對(duì)FPR的影響隨著白水的封閉循環(huán)使用，造紙廠(chǎng)濕部的鹽離子和 金屬離子濃度越來(lái)越高，而電導(dǎo)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(xué)品?

　　

　　技術(shù)進(jìn)步Technologya個(gè)物理量，它的大小必然影響漿料中各組分的電荷存在 狀態(tài)，進(jìn)而影響FPR。圖4顯示：無(wú)機(jī)鹽的存在會(huì)干擾 CHPG助留能力的發(fā)揮，當(dāng)懸浮體系的電導(dǎo)率自1000 u s/cm上升到6000 u s/cm, FPR從91. 55?4 下降到81. 75 %。因?yàn)閹д姾傻慕饘匐x子和CHPG分子中的季銨基 團(tuán)同性相斥，使位于側(cè)鏈的半乳糖和羥丙基的活動(dòng)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(dāng)m (C H P G) : m (硼砂）=3 :1時(shí)將提高 體系抗無(wú)機(jī)鹽污染物的能力，F(xiàn)PR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，F(xiàn)PR明 顯下降，這是由于留著過(guò)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(qiáng)，造成FPR下降。但在紙漿中添加硼砂，當(dāng)m (CHPG) :m (硼砂） =3 : 1時(shí)，由于形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使細(xì)小纖維和填料絮聚 成比較硬實(shí)的絮團(tuán)，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(chē)速、高湍流的現(xiàn)代化抄造 工藝。

　　

　　2.6CHPG和CHPG/硼砂對(duì)紙漿濾水性能的影響見(jiàn)圖6,隨著CHPG用量的增加，打漿度逐漸下降，當(dāng) 用量為0. 4%時(shí)，自48 ° SR下降到31 ° SR,此時(shí)助留效果也 是最好的，繼續(xù)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(duì)于絕干漿）。圖7說(shuō) 明：固定此用量，增加硼砂的質(zhì)量，打漿度維持在28?30° S R,不再繼續(xù)降低。這說(shuō)明瓜爾膠/硼砂交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)利 于圈住更多的細(xì)小組分，但對(duì)濾水沒(méi)有貢獻(xiàn)。

　　

　　2.7CHPG和陽(yáng)離子淀粉的 性?xún)r(jià)比較以某知名 公司陽(yáng)離子淀 粉（CS)作為對(duì) 照，C H P G表 現(xiàn)出較明顯的 性能優(yōu)勢(shì)和價(jià) 格優(yōu)勢(shì)，如表圖6 CHPG用量對(duì)打漿度的影響注：電導(dǎo)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(duì)打漿度的影響 注：CHPG用量0? 4%，電導(dǎo)率2000 lx s/cm，pH值=8. 5。

　　

　　制即可，貯存 時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品性 能穩(wěn)定，有效 簡(jiǎn)化了操作工序。還避免了大量陽(yáng)離子淀粉在紙漿中隨水流失，造成白水C0D增加 的風(fēng)險(xiǎn)，特別適宜二次纖維回用系統(tǒng)。

　　

　　liiI os908070601 96ddd表1 用于廢新聞紙漿陽(yáng)離子助留助濾劑的性?xún)r(jià)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(jìn)口CS6元/kg。

　　

　　圖5 DDJ轉(zhuǎn)速對(duì)FPR的影響注：CHPG用量0? 4%，pH=8. 5, m (CHPG) : m (硼砂）=3 :1。

　　

　　3 結(jié)論利用DDJ系統(tǒng)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(yīng)用條件，得出如下結(jié)論：3.1當(dāng)添加CHPG用量為0. 4% (對(duì)絕干漿），pH = 7. 5? 8. 8,電導(dǎo)率2000 u s/cm時(shí)，CHPG發(fā)揮很好的助留助濾 性能，首程留著率達(dá)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(jìn)細(xì)小組分的留著，但不能進(jìn)一步降低打漿 度，和不加硼砂樣對(duì)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(xiàn)了很 好的抗無(wú)機(jī)鹽和剪切速度的能力，能夠適合現(xiàn)代化紙機(jī)的 高速、高剪切特性。并且其性?xún)r(jià)比優(yōu)于常規(guī)陽(yáng)離子淀粉。