瓜爾膠（guar gum)是一 種天然的半乳甘露聚糖膠， 從產(chǎn)于印度、巴基斯坦等地 的瓜爾豆種子的胚乳中提取 得到1q。天然瓜爾膠作為

其混合均勻。再將陽離子醚化劑加入瓜爾膠中攪拌混 勻。放入烘箱，在指定溫度下反應(yīng)一定的時間，得到 粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品用一定濃度的乙醇溶液浸泡、過濾、 洗滌、真空干燥后可得季銨型陽離子瓜爾膠。

1.2 2陽離子瓜爾膠取代度測定原理

造紙助劑時，可以提高紙頁本實驗采用瑞典產(chǎn)FOSS TECATOR定氮儀測定陽 

強度，減少灰斑形成并提高紙頁勻度。它的缺點是造 成漿料濾水困難，從而増加干燥部負荷。經(jīng)過化學(xué)改 性的兩性或陽離子型瓜爾膠(CGG)很大程度地克服了 這一缺點[3]。瓜爾膠粉與叔胺或季銨鹽發(fā)生醚化反應(yīng) 可以使瓜爾膠帶有一定的正電荷，從而更容易與帶負 電的纖維和填料發(fā)生作用[3]。陽離子瓜爾膠助劑在提 高紙頁留著和濾水的同時能保持或提高紙頁勻度，最 顯著的是改善細小纖維和填料的留著率146]。

資料介紹陽離子瓜爾膠的制備是采用溶劑法。溶 劑法使用大量的有機溶劑，生產(chǎn)成本高，安全性差。 而半干法制備工藝具有工藝簡單，反應(yīng)效率高，能耗 低，環(huán)境污染小等特點。本實驗討論采用半干法工藝 制備陽離子瓜爾膠，考察半干法制備工藝中的各影響 因素，優(yōu)化半干法制備陽離子瓜爾膠的工藝條件，并 將其用于造紙濕部，探索其助留性能。

1實驗

1.1實驗原料

瓜爾膠原粉（水分12.4%):進口；陽離子醚化 劑(環(huán)氧丙基三甲基氯化銨)：山東某廠提供；廢紙脫 墨漿：天津某紙廠提供。

1.2實驗方法

離子瓜爾膠的含氮量，然后計算出陽離子瓜爾膠的取 代度。測定原理：陽離子瓜爾膠中氮在催化劑 kjeltabscu(該公司提供）的作用下進行消化(消化1h), 使瓜爾膠中的氮轉(zhuǎn)化成硫酸銨，然后通過蒸餾裝置釋 放出氨氣并收集到25mL、4%的硼酸溶液中，用標準 鹽酸滴定使吸收液由綠色至淺紫色，根據(jù)消耗的鹽酸 標準液體積計算出含氮量，然后換算成陽離子瓜爾膠 的取代度。氮含量計算公式：

N% = (T~r ) X C x 14 007

G x 10

其中：T滴定所消耗鹽酸的體積，mL

B——空白值，mL C——標準鹽酸濃度，mol/L r 一一試樣絕干質(zhì)量，g 取代度計算公式：

_162 x N%

= (1400- 151.5 x N%)

1.2 3陽離子瓜爾膠反應(yīng)效率測定原理[7]

反應(yīng)效率(RE%)表示己滲透到瓜爾膠內(nèi)部并與 瓜爾膠反應(yīng)的陽離子化試劑占實際加入到反應(yīng)體系中 的陽離子化試劑總量的百分數(shù)。

N1

《中國造紙》2005年第纖2期

將堿溶解在適量水中，噴入瓜爾膠中后攪拌，使 收稿日期：2004 1101(修改稿)

1.2. 1陽離子瓜爾膠的制備

RE% _ DS x -

 

式中：DS —取代度

N1 一加入瓜爾膠的摩爾數(shù)，mol N 2——加入醚化劑的摩爾數(shù)，mol 1.2. 4抄片實驗

取一定量的漿料于標準纖維疏解器內(nèi)，按2%的

漿濃疏解5min后，加入一定量的滑石粉繼續(xù)疏解

1min，調(diào)漿濃0.5%，加入一定量的陽離子瓜爾膠，

攪拌后用Rapid K5then抄片器抄片。

1.2.5填料留著率的測定18]:

D.0■ 94|A - C) x (1 - B - D) x !00%

(B-C) x (1 -A-D) X 100%

其中，纖維灰分C、漿料灰分B、填料灼燒減量D、

紙頁灰分A的測定按TAPPI標準T4130m- 80進行。

2結(jié)果與討論

21陽離子瓜爾膠制備的影響因素

影響陽離子瓜爾膠制備的因素很多，陽離子瓜爾膠半干法合成及其在造紙濕部的應(yīng)用，其中主要的 影響因素有用堿量、體系含水量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫 度以及醚化劑用量等。

2.1.1不同用堿量對取代度和反應(yīng)效率的影響

從圖1可以看出，堿的加入能提高產(chǎn)品的取代度 和反應(yīng)效率，但用堿量超過1.5%以后，反應(yīng)效率和 產(chǎn)品取代度都會有所下降。這是由于適量的堿可使瓜 爾膠中羥基轉(zhuǎn)變?yōu)樨撗蹼x子，大大増強了瓜爾膠羥基 的親核能力，從而顯著提高了反應(yīng)速率和反應(yīng)效率。 但當用堿量超過一定量后，加速了陽離子化試劑中環(huán) 氧基和季銨基的分解，取代度和反應(yīng)效率逐漸下降。 因此，用堿量1.5%左右為宜。

 

注反應(yīng)條件:醚化劑加入量35%,體系含水量26% , 65 "C,5. Ch 圖1用堿量對取代度和反應(yīng)效率的影響

2. 1. 2體系含水量對取代度和反應(yīng)效率的影響

由圖2可看出，隨著體系含水量増加，反應(yīng)效率和 取代度先増大而后下降。適量的水分可以使催化劑堿 和陽離子化試劑充分滲透到瓜爾膠顆粒中，使陽離子 化反應(yīng)均勻順利地進行;若體系含水量太少，陽離子化 試劑和瓜爾膠不能混合均勻，而使反應(yīng)效率和產(chǎn)品取 代度都比較低;含水量過多會促進陽離子化試劑及生 成的陽離子瓜爾膠的水解反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物取代度和反 應(yīng)效率降低。由圖2可以看出，體系含水量在20%較 合適，此時產(chǎn)品取代度為0. 182,反應(yīng)效率為48.6%。

 

注堿用量15%，其他條件同圖1。

圖2體系含水量對取代度和反應(yīng)效率的影響

2.1.3反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間對取代度的影響

由圖3可以看出，反應(yīng)溫度不同，產(chǎn)品到達最大 取代度的時間也不同。反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加 快，達到最高取代度所需時間減少。反應(yīng)時間延長有 利于瓜爾膠顆粒膨脹，使催化劑堿和陽離子化試劑容 易滲透到瓜爾膠顆粒中，提高了反應(yīng)速率和反應(yīng)效 率。但若反應(yīng)時間過長，瓜爾膠發(fā)生膠化，陽離子化 試劑滲透到瓜爾膠顆粒中的能力下降，同時増加了陽 離子化試劑在堿性條件下的水解速度，使反應(yīng)效率下 降。所以，在70°C條件下，反應(yīng)4.5h左右為宜。

 

 

注體系含水量20%,其他同圖2。

圖3反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間對產(chǎn)品取代度的影響

2. 1. 4醚化劑用量對取代度和反應(yīng)效率的影響

由圖4可以看出，隨著醚化劑用量増加，陽離子 瓜爾膠取代度逐漸升高，陽離子瓜爾膠半干法合成及其在造紙濕部的應(yīng)用，但反應(yīng)效率則是先升后降。 由于瓜爾膠中可用于反應(yīng)的羥基是恒定的，濃度超過 一定值后，可供取代的羥基相對量減少，另一方面空 間位阻増大，進行取代反應(yīng)較困難，反應(yīng)效率也就逐

U. 40"-lini.■ -170

 

注：用堿量1.5%，體系含水量20%，70°C，4 5h 圖4醚化劑用量對取代度和反應(yīng)效率的影響

漸降低?？紤]到產(chǎn)品性能及其成本，認為醚化劑加入 量在37%左右為宜。

2.2陽離子瓜爾膠(CGG)在廢紙脫墨漿中用作助留劑 2.2. 1 CGG用量對助留效果的影響

表1不同CGG用量對助留效果的影響

CGG用

量/ %定量

/ g. m- 2緊度

/ g* cm- 3耐折度 /次撕裂指數(shù)

/ mN* m2# g- 1裂斷長

/km填料留 著率/ %

065. 80 459125. 543. 6317 0

0.0169. 20 455115.213.5745 4

0. 0369. 30 464125. 303.7249 3

0. 0569. 90 46275.583.5557. 9

0. 1070. 50 457105. 663. 6768 7

0. 1565. 80 45585.013.4766 8

注 CGG的DS為0. 30(下同），滑石粉灼燒減量46 76%,纖維灰分 4 02% ,漿料灰分11. 85%。

由表1可以看出，隨著CGG用量増大，填料留 著率逐漸増大，紙頁裂斷長基本保持不變，當用量為 0.05%時，填料留著率為57.9%; CGG的加入，對廢 紙脫墨漿不但有助留助濾的作用，還具有一定的増強 作用。綜合考慮，確定CGG用量0.05%較適宜。

2.2.2 pH值對CGG助留效果的影響

表2 pH值對CGG助留效果的影響

pH值定量

/ g. m- 2緊度

/ g* cm- 3耐折度 /次撕裂指數(shù)

/ mN* m2# g- 1裂斷長

/ km填料留 著率/ %

470. 40 46697. 353.3553 6

671. 30 452146. 993.4855 1

769. 50 455107.213.5660 0

872. 30 467127. 393. 6660 9

1072. 20 486116. 803.4157 0

注CGG1用量0. 05%，其他條件同表1注，表3同。

由表2可以得出，隨著漿料pH值的升高，助留助 濾效果變好，當pH值為8時，陽離子瓜爾膠半干法合成及其在造紙濕部的應(yīng)用，助留效果最好，填料留著 率最高達到60.9%。說明這種陽離子瓜爾膠在中堿 性條件下，效果較好。

2.2.3硫酸鋁用量對CGG助留助濾效果的影響

從表3可以看出，隨著硫酸鋁的加入，填料留著率 先升高后下降，紙頁裂斷長先増大后有變小的趨勢。 說明適量硫酸鋁的加入，有助于改善助留效果，并對紙 頁有一定的増強效果。實驗結(jié)果還表明，當硫酸鋁用 量超過1.0%時，對紙頁裂斷長和填料留著率都有不 利影響。

表3硫酸鋁用量對CGG助留效果的影響

用量

/%定量

/ g. m- 2緊度

/ g* cm- 3耐折度

/次撕裂指數(shù)

/mN* m2# g- 1裂斷長

/ km填料留 著率/%

空白6S. 40 442116. 543. 5417 4

067. 90 44996. 183. 5458 8

0 568. 20 448136. 183.5660 1

1 068. 40 450107. 113.6858 9

1 567. 40 441106.413. 4255 9

2 066. 40 457127. 133. 4455 2

3結(jié)論

3.1半干法制備陽離子瓜爾膠的較佳工藝條件為: 催化劑堿用量1. 5%，體系含水量20%，70 °C， 4.5 h，陽離子醚化劑用量為37%。在此工藝條件下， 可以制備出取代度0. 25以上的陽離子瓜爾膠。

3.2陽離子瓜爾膠對廢紙脫墨漿有較好的助留效果。 當DS為0. 30、用量為0. 05%時，填料留著率提高了 40. 9個百分點。CGG的加入，不但有助留作用，還有 一定的増強作用。陽離子瓜爾膠半干法合成及其在造紙濕部的應(yīng)用，此類陽離子瓜爾膠在中堿性條件下 應(yīng)用效果較好。

3.3加入適量的硫酸鋁對助留效果略有幫助，但若硫 酸鋁用量超過1. 0%，對CGG的助留效果有不利影響。