煙紙生產(chǎn)中會加入約占定量45%的碳酸鈣以及助 ji卷燃劑和煙灰調(diào)節(jié)劑等助劑，因此，提髙各種助劑在 卷煙紙中的留著率意義重大[1]。瓜爾膠用于卷煙紙 不但具有優(yōu)良的助留、助濾和增強效果，而且成紙在燃燒時 沒有異味。

天然植物多糖瓜爾膠與纖維素結(jié)構(gòu)非常相似，其直鏈上 大部分伯羥基和仲羥基都處在外側(cè)，因此對纖維素有很強的 親和性，并能夠在纖維表面快速吸附，形成氫鍵，從而有效地 促進纖維之間的結(jié)合[2,3]。但是，瓜爾膠原粉的結(jié)構(gòu)是一種蜷

曲的球形結(jié)構(gòu)，雖然含有大量的親水基團羥基，但它的

大部分羥基處于分子內(nèi)部，分子間的強作用力形成分子內(nèi)自 交聯(lián)，難于快速完全地水合，使得整個聚糖分子的溶解性很 差，導致瓜爾膠原粉溶解速度慢、水不溶物含量髙、黏度不易 控制、耐電解質(zhì)性以及耐剪切性較弱[4~6]等缺點，影響了其使 用性能和效果。經(jīng)化學改性后的瓜爾膠其理化性質(zhì)得到改善 和應(yīng)用范圍進一步擴大，陽離子瓜爾膠作為助留助濾劑在卷 煙紙行業(yè)中已得到實際應(yīng)用。兩性瓜爾膠同時含有陰陽離子 基團，具有一定的電性特征，其陽離子成分能自我吸附在纖維 上，陰離子成分借助陽離子物質(zhì)與纖維吸附，在纖維與瓜爾膠 之間形成離子鍵[7]，并且可以有效地降低紙漿中陰離子雜質(zhì)的 影響。因此，兩性瓜爾膠具有更好的助留助濾效果[8]。

本實驗通過正交實驗優(yōu)化，考察堿用量、堿化時間、陰離 子化試劑用量、陰離子化時間及反應(yīng)溫度等因素對兩性瓜爾膠 羧基含量的影響，確定較佳的反應(yīng)條件，并探討兩性瓜爾膠在 不同羧基含量及不同用量下對卷煙紙助留助濾性能的影響。

1實驗

1.1實驗原料

陽離子瓜爾膠：工業(yè)品，氮含量1.6%,黏度2080mPa.s， 無錫金鑫集團；非離子瓜爾膠：浙江民豐羅伯特紙業(yè)；闊葉木 漿：打漿度35°R,浙江民豐羅伯特紙業(yè)；針葉木漿：打漿度 70°R,浙江民豐羅伯特紙業(yè)；造紙?zhí)盍霞壯心ヌ妓徕}：白度 91%,壽光蔡倫申興精細化工有限公司。

1.2實驗設(shè)備

DHG-9123A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海一恒科技； DNJ-5S數(shù)字黏度計：上海精密科學儀器廠ZT6-00紙樣抄 取器：中通恒泰裝備有限公司；GBJ-A型纖維標準解離器： 長春市月明小型試驗機有限責任公司；ZT7-00紙樣干燥器： 中通恒泰裝備有限公司；ZT4-00打漿機：中通試驗裝備有限 責任公司；ZQYCn油壓機：陜西科技大學機械r;TTM-500 型電腦抗張實驗機：杭州博科自動化技術(shù)有限公司；DCP -

NPY1200型電腦測控紙張耐破度儀：四川長江造紙儀器有限 責任公司；ZSE-1000型紙張撕裂度儀：長春市月明小型實驗 機有限責任公司；SX-2.5-10型箱式電阻爐：天津市泰斯特 儀器有限公司；RUKER TENSOR-27型紅外光譜儀：德國 布魯克公司；微量滴定管。

1.3兩性瓜爾膠的合成

將一定量的NaOH配制成醇/水溶液，噴灑到陽離子瓜 爾膠中，攪拌均勻后，在設(shè)定溫度下堿化一段時間；噴加氯乙 酸鈉水溶液，攪拌均勻后，在指定溫度下反應(yīng)一定時間，得到 兩性瓜爾膠產(chǎn)品。兩性瓜爾膠產(chǎn)品用一定濃度的乙醇溶液浸 泡、洗滌、過濾，真空干燥后粉碎過篩（125目）即得純化后的 兩性瓜爾膠。

1.4兩性瓜爾膠羧基含量的測定

在均勻取樣的兩性瓜爾膠樣品中加入稀鹽酸，將羧酸鹽 轉(zhuǎn)化為酸的形式，洗滌過濾，用乙醇水溶液洗去陰離子和多 余的酸，洗滌后的試樣以酚酞為指示劑，用0.1mol/L標準氫 氧化鈉溶液滴定。以（1)式計算羧基含量（#)：

"=[(CXFX0.045X100) /(mx A)]x100%⑴

式中，c-標準氫氧化鈉溶液濃度，mol/L;

F-標準氫氧化鈉溶液體積，ml; m-兩性瓜爾膠樣品質(zhì)量，g;

A-兩性瓜爾膠樣品干度，％。

1.5紅外光譜

采用KBr壓片法測定反應(yīng)原料陽離子瓜爾膠和改性產(chǎn)品 的紅外光譜，以確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，波長范圍400~4000 cm-1。 1.6紙料的準備

取闊葉木和針葉木的混合漿在纖維標準解離器中按 1.5%的濃度疏解10min,然后稀釋至一定濃度，多次疏解使 全部的紙料混合在一起。

1.7改性瓜爾膠應(yīng)用實驗

(1)取一定的紙料于1000ml塑料量筒中，在500r/min 下，加入一定量的非離子瓜爾膠溶液，攪拌2min;然后加入 50%用量的碳酸鈣（對絕干纖維），攪拌混合2min;再加入一 定量的陽離子或兩性瓜爾膠溶液，攪拌混合3min后，在紙樣 抄取器上進行抄片。同時取一定紙料于1000ml塑料量筒中， 利用打漿度測定儀測定打漿度。以肖伯爾氏打漿度表示紙料 的濾水性能。

(2)將抄造的濕紙頁在0.4MPa壓力下壓榨1min,然后 在紙樣干燥器中真空干燥10min。

(3)總留著率的測定

將干燥后的紙頁剪成小片，于已烘干至質(zhì)量恒定的稱量

Jun., 2011 Vol.32, No.12 China Pulp & Paper Industry 27

瓶中，置于（105±1) *C烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，以下式計算總 留著率R):

R=[m1/(m2+rn3)]x1〇〇%

式中：mi*紙片烘干后的質(zhì)量，g; m2為抄片前紙料中絕 干纖維質(zhì)量，g;為抄片前紙料中絕干填料質(zhì)量，g。

(4)灰分的測定

將（3)中已烘干的紙樣置于預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的瓷 坩堝中，先在電爐上仔細燃燒使其炭化，再移入髙溫爐中，在 (575±25) C溫度范圍內(nèi)灼燒至灰渣中無黑色炭素，以下式 計算灰分含量(X):

X= [(m 3-m 2)/m 1]x 100%

式中：mi為絕干試樣質(zhì)量，g; m2為灼燒后坩堝質(zhì)量，g; m3為灼燒后盛有灰渣的坩堝質(zhì)量，g。

(5)紙頁物性檢測

紙頁經(jīng)恒溫恒濕處理后，按國家規(guī)定的標準測試方法測 定紙頁強度性能。

2結(jié)果與討論

2.1兩性瓜爾膠改性工藝優(yōu)化

本實驗考察了堿用量、堿化時間、陰離子化試劑用量、陰 離子化時間及反應(yīng)溫度對兩性瓜爾膠羧基含量的影響。采用 Li64(5)正交優(yōu)化實驗，結(jié)果見表1。

隨著氫氧化鈉用量的增加及堿化時間的延長，NaOH能 使瓜爾膠轉(zhuǎn)化為強堿性和強親核型的瓜爾膠氧負離子，有利 于親核取代反應(yīng)的進行，因而樣品的羧基含量逐步提髙；隨陰 離子試劑的用量增加及陰離子化時間的延長，試劑與瓜爾膠 活性羥基的接觸機會增多，樣品的羧基含量得到提髙；提髙 反應(yīng)溫度，有利于瓜爾膠粉末的膨脹，增加了反應(yīng)物分子間的 碰撞，反應(yīng)速率得到提髙。由表1中的數(shù)據(jù)經(jīng)極差分析可知， 各因素對產(chǎn)品羧基含量影響的順序依次為：堿用量、陰離子 化試劑用量、堿化時間、陰離子化時間和反應(yīng)溫度；影響羧基 含量的各因素最優(yōu)組合為：A2B3C3D3E0因此較佳的工藝條 件為：堿化用堿量0.50%,陰離子化試劑與原料摩爾比為0.3 :1,堿化時間60min,陰離子化時間3h,反應(yīng)溫度80C。

2.2紅外光譜

圖1為原料陽離子瓜爾膠與兩性瓜爾膠（羧基含量為 2.01%)的紅外光譜圖。由圖可知，原料陽離子瓜爾膠的特征 吸收峰為：1489cm-1處為季銨基團上C-H鍵伸縮振動吸收 峰，1420cm-1處為C-N吸收峰，2360cm-1處為NH4+的振動吸 收峰；而兩性瓜爾膠樣品在1611cm-1處出現(xiàn)了羧甲基的特征 吸收峰，表明氯乙酸鈉與原料陽離子瓜爾膠發(fā)生反應(yīng)，所得

28肀年取*第32卷第12期2011年6月 產(chǎn)物為兩性瓜爾膠。

3兩性瓜爾膠對卷煙紙助留助濾效果的影響

3.1不同指標的兩性瓜爾膠對卷煙紙助留助濾及紙頁性能 的影響

表2為不同羧基含量的兩性瓜爾膠樣品對卷煙紙助留助 濾及紙頁性能的影響。由表2可知，隨樣品羧基含量提髙，混 合漿料打漿度逐漸下降，卷煙紙總留著率和灰分逐漸提髙； 與此同時，兩性瓜爾膠的制備及其助留助濾性能的研究，隨灰分的增加，卷煙紙強度指標出現(xiàn)下降趨勢。綜 合考慮，本實驗選擇樣品AGG-3(羧基含量2.01%)。

3.2不同用量的兩性瓜爾膠對卷煙紙濾水性能的影響

圖2為兩性瓜爾膠樣品AGG-3在不同用量下對卷煙紙 漿料濾水性能的影響。由圖2可知，隨著兩性瓜爾膠用量的增 加，卷煙紙漿料打漿度不斷下降，即助濾效果越好，但加入量 超過0.06%時，打漿度下降的幅度變小。這是因為一定的纖維 表面積只能吸附一定量的兩性瓜爾膠，當纖維吸附一定量的 兩性瓜爾膠后，其本身可提供的吸附點減少，此時加大用量， 則兩性瓜爾膠被纖維吸附留著的比例下降，因而對濾水改善 的幅度降低。綜合考慮，兩性瓜爾膠的適宜用量為0.06%，在 此條件下卷煙紙漿料打漿度達到32°SR，下降13.5%。

3.3不同用量的兩性瓜爾膠對卷煙紙總留著率和灰分的影響

表1正交實驗結(jié)果

實驗

編號A堿用量

%B陰離子化 試劑用量 摩爾比C堿化 時間 minD反應(yīng) 時間 hE反應(yīng) 溫度 C羧基

含量

%

#10.250.1:1201500.41

#20.250.21402600.53

#30.250.31603701.68

#40.250.41804800.37

#50.500.1:1403801.59

#60.500.2:1204701.86

#70.500.3:1801602.11

#80.500.4:1602502.21

#90.750.1:1604600.70

#100.750.2:1803500.91

#110.750.3:1202801.87

#120.750.4:1401701.16

#131.000.1:1802700.55

#141.000.2:1601802.01

#151.000.3:1404502.11

#161.000.4:1203601.71

均值10.7480.8141.4601.4211.411

均值21.9401.3251.3491.2901.260

均值31.1611.9421.6501.4721.313

均值41.5951.3620.9861.2601.459

極差1.1921.1280.6640.2120.199

 

了be為no/ogy•技術(shù)進步 

 

波數(shù)cm-

0 7 4 1 8 9 8 8 8 7

0/0M泰細雄

 

0.00

0.02

0.04

助劑加入量％

0.06

0.0

75

8

 

圖1陽離子瓜爾膠與兩性瓜爾膠的紅外光譜圖

圖3不同用量的兩性瓜爾膠對卷煙紙總留著率的影響 

〇:(0。側(cè)^!!|

 

30 L

0.000.020.040.060.08

助劑加入量％

4 1

 

0.00

0.02

0.04

助劑加入量％

0.06

0.08

5

 

圖2不同用量兩性瓜爾膠對卷煙紙濾水性能的影響

圖3、圖4為兩性瓜爾膠樣品AGG-3在不同用量下對卷煙 紙總留著率和灰分的影響。由圖3和圖4可知，隨兩性瓜爾膠用 量的增加，卷煙紙紙料總留著率和灰分逐漸增大，在用量為 0.06%時達到最大值85.92%和15.67%,分別提髙了14.0%和 151.9%。這是因為兩性瓜爾膠中的陰離子基團對系統(tǒng)中的電 荷可以起到一定的平衡作用，同時消除雜陽離子基團的影響； 陽離子基團極易與帶負電荷的纖維與填料等靠靜電引力相互 吸附，并會產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，這種絮凝作用能將細小纖維和填料

包裹在微絮聚團內(nèi)，提髙細小纖維與填料的留著率。

3.4兩性瓜爾膠與陽離子瓜爾膠效果對比

圖5為兩性瓜爾膠(AGG-3)與陽離子瓜爾膠在卷煙紙中 助留助濾效果的比較。由圖5可知，兩性瓜爾膠和陽離子瓜爾 膠均有明顯的效果，相比陽離子瓜爾膠，兩性瓜爾膠的效果 更優(yōu)。在用量為0.06%時，與陽離子瓜爾膠相比，卷煙紙打漿

圖4不同用量兩性瓜爾膠對卷煙紙灰分的影響

隨兩性瓜爾膠用量的不斷提升，卷煙紙總留著率和灰分不斷提 髙，助濾效果不顯著，在兩性瓜爾膠與非離子瓜爾膠質(zhì)量比為 3:7時，總留著率和灰分達到最大值81.92%和14.21%;非離子 瓜爾膠作為造紙增強劑使用，卷煙紙強度得到了明顯增強，在 質(zhì)量比為2:8時，各項強度指標達到最大，兩性瓜爾膠的制備及其助留助濾性能的研究，而此時總留著率和 灰分也達到了較髙水平。綜合考慮，該體系的較佳配比是兩性 瓜爾膠與非離子瓜爾膠的質(zhì)量比為2:8,在此條件下總留著率 和灰分為81.63%和14.14%,分別提髙8.0%和127.3%;抗張指 數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和裂斷長等強度指標達到27.68N.m/ g、9.08mN.m2/g、1.75kPa.m2/g和1622m,分別提髙12.3%、 10.9%、18.6%和24.1%。

4結(jié)論

4.1半干法制備兩性瓜爾膠的較佳工藝條件為：堿化用堿 

表2不同羧基含量的兩性瓜爾膠對卷煙紙助留助濾及紙頁性能的影響

序號羧基含量打漿度總留著率

% ° SR %灰分

%抗張指數(shù) N.m/g撕裂指數(shù) mN.m2/g耐破指數(shù) kPa.m2/g裂斷長

m

空白03775.596.2224.658.191.611339

AGG-10.553384.5514.3720.636.591.641156

AGG-21.163484.7714.6121.677.171.571247

AGG-32.013285.9215.6724.738.211.511331

AGG-42.213483.9114.8223.638.121.551337

注：助劑添加量為0.06%,漿料配比（以下實驗相同）：針葉木：闊葉木=3: 7。

Jun., 2011 Vol.32, No.12 China Pulp & Paper Industry 29

度下降5.9%,總留著率和灰分分別提髙了 2.5%和13.4%。

3.5兩性瓜爾膠和非離子瓜爾膠在卷煙 紙中的復配應(yīng)用

表3為兩性瓜爾膠和非離子瓜爾膠在 卷煙紙中復配使用時對紙張性能的影響。 兩性瓜爾膠的制備及其助留助濾性能的研究，由表3可知，在該體系中助劑總用量為1%, 

0/0餅獅關(guān)也'

%畜

crso^^Lf

□空白

□陽離子瓜爾膠 兩性瓜爾膠

 

打漿度

總留著率

灰分

圖5兩性瓜爾膠與陽離子瓜爾膠助留助濾效果對比

注：助劑用量為0.06%。

表3兩性瓜爾膠和非離子瓜爾膠在卷煙紙中的復配應(yīng)用

助劑打漿度總留著灰分抗張指數(shù)撕裂指數(shù)耐破指數(shù)裂斷長

添加量率％%N.m/gmN_m2/g kPa.m2/gm

空白3775.596.2224.658.191.611339

1:94576.5012.0025.548.541.751483

2:83981.6314.1427.689.081.911622

3:73981.9214.2126.598.241.791410

4:63981.4613.8625.037.841.621350

5:53781.1713.0724.577.021.571327

注：表中助劑添加量為兩性瓜爾肢與非離子瓜爾肢質(zhì)量比，助劑總用量

占絕干纖維1%。

量0.50%,陰離子化試劑與原料摩爾比為0.3:1，兩性瓜爾膠的制備及其助留助濾性能的研究，堿化時間 60min,陰離子化時間3h,反應(yīng)溫度80"C。

4.2與陽離子瓜爾膠相比，兩性瓜爾膠具有更優(yōu)的助留助濾 效果。羧基含量為2%左右的兩性瓜爾膠效果較佳。用量為 0.06%時，卷煙紙打漿度下降13.5%,紙料總留著率和灰分提 髙率分別為14.0%和151.9%。

Headbox (流裝箱）

4.3兩性瓜爾膠與非離子瓜爾膠復配使用，可同時達到助留助濾和增強的效果。在兩性瓜爾膠與非離子瓜爾膠質(zhì)量比為2:8時，卷煙紙總留著率和灰分分別提髙8.0%和127.3%;抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和裂斷長等強度指標分別提高。