瓜爾膠作為打漿助劑可 使纖維更易水化潤脹，提高 成紙的勻度和強(qiáng)度。陽離子

瓜爾膠(CGG)是非常有效的助留助濾劑，能增加細(xì)小 纖維的留著與濕紙頁的濾水性能，從而提高紙機(jī)車

速[1—2]。

天然瓜爾膠的優(yōu)點(diǎn)是可生物降解、無毒以及抗剪 切力。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報(bào)紙脫墨漿中的應(yīng)用，CGG雖然不如聚丙烯酰胺（PAM)的絮聚效果 好，但產(chǎn)生過度絮聚的危害小于PAM，還不受系統(tǒng) 陰離子垃圾的影響，因此，CGG在造紙白水封閉系 統(tǒng)中有極大的應(yīng)用潛能，尤其是在舊報(bào)紙的回用和未 漂硫酸鹽漿的抄造工藝中應(yīng)用更多[3]。目前，已有溶 劑法及半干法合成陽離子瓜爾膠的報(bào)道[4"5]，但國內(nèi) 還沒有進(jìn)行在瓜爾膠分子中同時(shí)引人非離子羥丙基和 陽離子季銨基制備陽離子羥丙基瓜爾膠（CHPG)的合 成研究。本實(shí)驗(yàn)在成功合成陽離子羥丙基瓜爾膠的基 礎(chǔ)上，研究了其在濕部過程應(yīng)用的特殊功效。

1實(shí)驗(yàn)

1.1原料 1.1.1漿料

實(shí)驗(yàn)用舊報(bào)紙脫墨漿取自廣州某造紙集團(tuán)，打漿 度44°SR，灰分15.7%,細(xì)小組分含量34.8%。

1.1.2 CHPG和CGG的合成

將未純化瓜爾膠原粉在一定溫度和堿性條件下與 陽離子單體環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(ETA)醚化反應(yīng)一 段時(shí)間，將物料分為兩部分，一部分經(jīng)中和分離洗 滌，烘干粉碎得到CGG，另一部分與環(huán)氧丙烷在相 轉(zhuǎn)移催化劑(十六烷基三甲基氯化銨)的作用下繼續(xù)反 應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)過同上處理后，即得CHPG。

改變反應(yīng)條件得到不同取代度的CHPG，其理 化性質(zhì)見表1。用凱氏定氮法測(cè)定純化產(chǎn)品的氮含 量。

表1 CHPG和CGG的理化性質(zhì)

透光率

/%黏度

/mPa*s氮含量

/%非離子摩爾 取代度(MS)

CGG7118001.970

CHPG18210001.980.5

CHPG2838501.251.2

CHPG3847600.672.5

注測(cè)定條件為：CGG、CHPG均配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的溶液，在

25^下測(cè)定;所配制溶液在室溫放置15 d黏度沒有變化，溶液沒 有分層現(xiàn)象，上下均勻;MS指羥丙基陽離子瓜爾膠分子中接枝 的環(huán)氧丙烷與甘露糖的物質(zhì)的量的比值[6]。

1.2實(shí)驗(yàn)方法 1.2.1漿料處理

將漿料(漿濃0.9%，如需加填料時(shí)，同時(shí)加人 PCC)置于標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解器中，陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報(bào)紙脫墨漿中的應(yīng)用，疏解30 s，然后稀釋至 漿濃0.5%，加人瓜爾膠溶液。

CGG在中堿性條件下助留助濾效果較好，用 NaOH溶液調(diào)PH值到8.5。隨著白水的封閉循環(huán)使用，當(dāng)與CHPG1氮含 量相近的CGG用量為 0.6%時(shí)，打漿度自空 白樣的44°SR下降至 33°SR,漿料的濾水性 能僅提尚25 %,說明 接枝了羥丙基的CHPG 0.4二量/%0.8w L2對(duì)漿料的助濾效果優(yōu)于

50 4& 泛40 ^ 35 ^30 25 20

90

—CHPG180

^ »- CHPG2#70

CHPG3涵60

TXx ^ CGG -

麥50

夤40

30 20 '

0.20.4

0.60.8 L0

CHPG用量/%

L2 1.41.6

圖1 CHPG用量與打漿度的關(guān)系圖2

相同陽離子取代度的

CHPG用量對(duì)細(xì)小組分留著率的影響fYXL由Ihk謚昍.由益 

電解質(zhì)濃度越來越高，電導(dǎo)率是表征其濃度的一個(gè)物 理量，其大小必然影響漿料中各組分電荷的存在狀 態(tài)，進(jìn)而影響細(xì)小組分的首程留著率。因此在調(diào)節(jié) pH值的同時(shí)用NaCl控制漿料體系的電導(dǎo)率為0.2 s/ m(下同）。實(shí)驗(yàn)均在室溫(25丈)下進(jìn)行。

1.2.2濾水性能和留著率的測(cè)定

按照GB/T 3332—2004測(cè)定打漿度來表征漿料的 濾水性能。

實(shí)驗(yàn)用Electro-Craft® Motomatic II動(dòng)態(tài)濾水儀 (DDJ)測(cè)量細(xì)小組分的首程留著率。CHPG與漿料混 合后，把漿料倒人轉(zhuǎn)速為750 r/min的DDJ[7]。按照 TAPPI 標(biāo)準(zhǔn) T 261 cm—94 收集濾液，用 HACH 2100P 濁度儀測(cè)定100 mL濾液的濁度，通過濁度與濃度的 標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算濾液濃度，即細(xì)小組分含量。細(xì)小組分 留著率=(1 -濾液中細(xì)小組分含量/漿料中細(xì)小組分 含量）xl00%。

1.2.3抄片及性能檢測(cè)

將配好的槳料在TAPPI標(biāo)準(zhǔn)成形器上根據(jù)T 205 〇m_88抄造紙樣。在231和50% RH條件下平衡紙 樣水分24 h，然后測(cè)定其定量、抗張強(qiáng)度及撕裂度。

2結(jié)果與討論

2.1CGG和CHPG對(duì)漿料濾水性能的影響

由圖1可知，隨CHPG和CGG用量的增加，漿料 打漿度逐漸減小。這是由于助劑分子吸附到纖維表 面，發(fā)生了重構(gòu)、遷移和擴(kuò)散，促使纖維絮聚，減少 了纖維與水的結(jié)合面積。當(dāng)?shù)繛?.98%的CH- PG1用量為0.6%時(shí)，打漿度自空白樣的44°SR下降 到27°SR,漿料的濾水性能提高38.6%。用量進(jìn)一步 增加時(shí)，濾水性能變差，這可能是過陽離子化的原 因。用氮含量為0.67%的CHPG3,要使打漿度由 44°SR下降到27°SR，其用量必須提高到0.8%，這說 明CHPG氮含量的增加有利于提高漿料的濾水性能。

中和作用是造成漿料脫 穩(wěn)凝聚、水分析出的重要原因，但吸附架橋具有同樣 的效果。

2.2CGG和CHPG對(duì)細(xì)小組分留著率的影響

由圖2可知，隨CHPG、CGG用量的增加，細(xì)小 組分留著率先快速上升，用量為0.4% ~0.8%時(shí)趨于 穩(wěn)定，且達(dá)到最大，該留著率平均在80%以上。當(dāng) CHPG1用量為0.6%時(shí)，細(xì)小組分留著率比空白樣增 加了 60.5個(gè)百分點(diǎn)。而采用相近氮含量的CGG，其 留著率僅提高48.0個(gè)百分點(diǎn)。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報(bào)紙脫墨漿中的應(yīng)用，說明CHPG大分子鏈 吸附細(xì)小纖維產(chǎn)生更多的纏繞，發(fā)揮了架橋絮凝作 用，從而利于更多細(xì)小組分的留著。隨著氮含量的增 加、負(fù)電性漿料電荷中和作用的加強(qiáng)，較低的CHPG 用量就能明顯提高細(xì)小組分的留著率。當(dāng)用量為 0.4%,陽離子取代度較高的CHPG1比取代度較低的 CHPG2和CHPG3的留著效果更好。

2.3CHPG對(duì)漿料體系Zeta電位的影響

由圖3可知，隨CHPG用量的增加，體系的Zeta 電位快速增大，逐漸趨于零。有研究認(rèn)為，體系的 Zeta電位在-8?0 mV時(shí)，成紙的物理特性和紙機(jī)的 運(yùn)行效率最好。CHPG最佳用量取決于產(chǎn)品的陽離子 取代度。CHPG1在用量為0.4%時(shí)Zeta電位在 - 5.4mV，而達(dá)到相同電位值的CHPG3的用量卻增 加了1倍。這進(jìn)一步證明了電荷中和在細(xì)小組分的留 著過程中起重要作用。雖然CHPG的過量投加使體系的電荷發(fā)生反轉(zhuǎn)，但不高的Zeta電位值表明該助留 助濾劑不會(huì)造成像CPAM那樣的過度絮凝。

2.4CHPG對(duì)成紙性能的影響

CHPG2的取代度和黏度適中，因此實(shí)驗(yàn)研究了 有和無PCC時(shí)CHPG2對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響。由表 2可知，加人CHPG2明顯提高了紙張定量，對(duì)有PCC 的紙張定量的提高尤為顯著，進(jìn)一步證明CHPG能有 效提高細(xì)小纖維和PCC的留著。

由表2還可以看出，未加PCC時(shí)，盡管加人CH- PG使細(xì)小組分留著增加、紙張定量提高，但紙張抗 張指數(shù)與撕裂指數(shù)變化不大，說明CHPG能有效補(bǔ)償 由細(xì)小組分留著帶來的強(qiáng)度損失；但當(dāng)PCC用量為 20%時(shí)，抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)均降低，說明CHPG無 法完全補(bǔ)償由于填料大量留著對(duì)紙樣帶來的強(qiáng)度損 失。在今后的實(shí)驗(yàn)研究中，有必要對(duì)CHPG引人增強(qiáng) 性功能基團(tuán)，探討其對(duì)漿料的增強(qiáng)機(jī)理及行為。

表2 CHPG2用量對(duì)成紙性能的影響

CHPG2用量

/%PCC用量

/%定量

/g.m-2抗張指數(shù) /N*ra*g"1撕裂指數(shù) /mN*m2*g_1

0051.625.210.2

0.4059.124.410.2

0.6060.024.310.1

0.8059.524.610.1

02057.121‘79.1

0.42069.717.48.7

0.62070.317.28.8

0.82071.617.08.9

3結(jié)論

3.1 CHPG能有效提高舊報(bào)紙脫墨漿的濾水性能和細(xì) 小組分的留著率。陽離子羥丙基瓜爾膠在舊報(bào)紙脫墨漿中的應(yīng)用，當(dāng)CHPG用量為0.4%-0.8%時(shí)， 漿料打漿度降低14 ~ 17°SR，細(xì)小組分留著率增加 50 ~ 60個(gè)百分點(diǎn)，留著效率提高2倍以上。

3.2 CHPG比CGG具有更優(yōu)良的助留助濾效果，表 明羥丙基側(cè)鏈促進(jìn)了吸附架橋作用的發(fā)揮。

3.3隨著陽離子取代度（以氮含量表示）的增加，達(dá) 到最佳留著率所需助劑用量降低。陽離子取代度越 大，CHPG的助留助濾能力越強(qiáng)，表明電荷中和發(fā)揮 了主要作用。因此為降低成本和提高濾水性能，實(shí)際 生產(chǎn)中應(yīng)選用較高氮含量的產(chǎn)品。

3.4CHPG在一定程度上可補(bǔ)償細(xì)小組分留著率提高 帶來的強(qiáng)度損失。