瓜爾膠及其衍生物作為一種天然高分子材料，在紙 張生產(chǎn)中具有廣泛的作用，可用作漿內(nèi)添加劑、表面施膠 劑和涂布涂料添加劑助留助濾，具有很好的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。隨著瓜 爾膠在新疆和海南的試種成功，我們應(yīng)該進(jìn)一步加大瓜 爾膠及其衍生物的應(yīng)用研究力度，不斷開(kāi)發(fā)其新的應(yīng)用 領(lǐng)域，以適應(yīng)綠色環(huán)保理念和造紙循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求u，21。

本文選用高效低廉的KMn04/H2S0^|發(fā)體系，以 摟甲基瓜爾膠(CMGG)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化 按(DMC)、丙烯酰胺(AM)為原料，采用水溶液聚合法 合成了一系列兩性瓜爾膠接枝共聚物(LGG-g-PAM) [3-^LGG_g_PAM克服了天然瓜爾膠溶液易被微生物 降解而不能長(zhǎng)期保存的缺點(diǎn)，它在同一瓜爾膠分子鏈中 同時(shí)接上陰離子、季銨型陽(yáng)離子取代基和丙烯酖胺助強(qiáng) 基團(tuán)，使合成聚合物既有多糖化合物的分子間的作用力 與反應(yīng)性，又有合成髙分子的機(jī)械性、與生物作用的穩(wěn) 定性和線形鏈展開(kāi)能力[5,61。實(shí)驗(yàn)研究了其在蔗渣漂白硫 酸鹽漿中的助留助濾性能。

1原料與分析方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料 1.1.1助劑

LGG-g-PAM:實(shí)驗(yàn)室自制,所用原料羧甲基瓜爾 膠取代度〇.〇8。

1.1.2漿料

蔗渣漂白硫酸鹽漿,打漿度40.0° SR，細(xì)小纖維含 量20.67%。其中打漿度和細(xì)小纖維含量的測(cè)定分別依 照T200 om—89和T261 cm-94。

1.2實(shí)驗(yàn)方法 1.2.1漿料的豉解

將一定量的濕漿置于標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解器中(加填時(shí)沉 淀碳酸鈣PCC與濕漿一起加入），加自來(lái)水稀釋到漿濃 1.25%(相對(duì)于絕干漿)后疏解30000r。疏解完畢后加自 來(lái)水稀釋至漿濃0.25%待用。

用lmol/L鹽酸和Imol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)漿料pH。 電導(dǎo)率是表征紙機(jī)濕部無(wú)機(jī)鹽離子濃度的一個(gè)物理量， 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)向漿料中添加NaCl而使系統(tǒng)的電導(dǎo)率增 加。實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

1.2.2細(xì)小纖維首程留著率的測(cè)定[7,81

實(shí)驗(yàn)采用Electro-Craft® MotomaticD動(dòng)態(tài)濾水儀 (DDJ)和HACH 2100P濁度儀相結(jié)合的方法來(lái)測(cè)量細(xì)小 纖維首程留著率(FPR)。

1.2.3填料首程留著率的測(cè)定[9]

填料首程留著率是指留在網(wǎng)上的填料與加入到漿 料中的填料的百分比。取最初的100ml網(wǎng)下濾液,取其中 的5ml用HC1調(diào)節(jié)pH二2,靜置2h后過(guò)濾，濾液用100ml 容量瓶定容，然后用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)Ca2+濃度。 計(jì)算公式為：FPI^U-C/q) x 100%

其中：濾液中PCC濃度，％

G—漿料總PC C濃度，％

1.2.4濾水性能的測(cè)定

漿料的濾水性能通過(guò)打漿度來(lái)反映，其實(shí)驗(yàn)方法參 照GB/T 3332-2004。

1.2.5紙頁(yè)抄造及強(qiáng)度性能測(cè)定

在已疏解好一定濃度的蔗渣漂白硫酸鹽漿中加入 一定量的LGG-g - PAM,攪拌一定時(shí)間。然后在TAPPI 標(biāo)準(zhǔn)成形器上抄片，其實(shí)驗(yàn)方法參照T205om-88。

紙頁(yè)經(jīng)恒溫恒濕處理后，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)紙張 物理性能

2結(jié)果與討論

2.1LGG-g - PAM分子量和陽(yáng)電荷密度對(duì)FPR及成紙強(qiáng) 度的影響

LGG-g - P AM的分子量和陽(yáng)電荷密度是影響其助 留性能的重要因素,實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變AM與DMC的配比合 成了一系列不同分子量和陽(yáng)電荷密度的產(chǎn)物，研究其對(duì) 蔗渣漿的助留及增強(qiáng)性能。

一 pulp'frpaper Industryzo. 1011-151-

分子量是LGG - g-P AM使?jié){料產(chǎn)生絮凝作用的關(guān) 鍵因素，絮凝作用主要通過(guò)橋聯(lián)絮凝和網(wǎng)絡(luò)絮凝作用兩 種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)lnl。分子量越大，瓜爾膠主鏈上接枝的聚 丙烯酰胺(P AM)側(cè)鏈長(zhǎng)度增加,在顆粒間架橋并形成 絮凝物的能力越強(qiáng)，因而細(xì)小纖維的FPR進(jìn)一步提髙。 但是當(dāng)分子量進(jìn)一步增加,LGG - g-PAM助留性能反

而降低，這可能是因?yàn)镻AM大分子的水力體積增大，運(yùn) 動(dòng)受阻，分子變得比較卷曲，降低了其吸附架橋能力，細(xì) 小纖維難以有效地絮凝。

陽(yáng)電荷密度是反映LGG - g-P AM帶電情況的重要 參數(shù)，它的大小決定著LGG - g-PAM可提供的與纖維 之間吸引點(diǎn)的多少和吸引力的強(qiáng)弱及在纖維上所采取 的構(gòu)型，是決定其凝聚能力的重要參數(shù)。低陽(yáng)電荷密度 使聚合物與粒子表面產(chǎn)生弱的吸附和絮凝，中等陽(yáng)電荷 密度產(chǎn)生好的吸附強(qiáng)的架橋，而高陽(yáng)電荷密度產(chǎn)生強(qiáng)的 吸附弱的架橋|12i。

從表1看出，上述試樣的LGG-g-PAM在用量為0. 08%時(shí)對(duì)蔗渣漿的助留效果均有不同程度的提高。在助 留方面，低分子量髙陽(yáng)電荷密度的LGG-g-PAM3和中 等分子量中等陽(yáng)電荷密度的LGG-g-PAM7助留效果 更優(yōu)，細(xì)小纖維的FPR比空白分別提高了 93.0%和88. 9%。在強(qiáng)度方面，中等分子量的LGG-g-PAM具有一定 的增強(qiáng)效果，其中LGG—g—PAM7和LGG-g—PAM8效 果更為明顯,使抗張指數(shù)分別增加7.1%和9.0%,撕裂指 數(shù)分別增加7.6%和7.8%,耐破指數(shù)分別提高15.9%和 17.2%。因此綜合考慮助留和增強(qiáng)雙重效果，選定LGG- g - PAM7作為實(shí)驗(yàn)用助劑。

2,2LGG-g-PAM用量對(duì)細(xì)小纖維的FPR和濾水性的影響

由圖1可見(jiàn)，隨LGG-g-PAM用量的增加,漿料細(xì) 小纖維的FPR增加。當(dāng)LGG-g-PAM用量為0.06%時(shí)， 其FPR比空白提高了41 . 15個(gè)百分點(diǎn)，之后再增加 LGG-g-PAM的用量FPR上升幅度減小。同時(shí)隨著 LGG-g-PAM用量的增加，紫料的打漿度逐漸減小，表 明漿料的濾水性能逐漸改善。當(dāng)LGG - g-PAM用量為 0.06°/。和0.08%，漿料的打漿度由空白的40.0。SR分別 降低到32.2 °SR和31.0°SR，分別降低了 19• 5%和22• 5%,之后用量增加，打漿度略有上升。因此對(duì)細(xì)小纖維 的留著選擇0.06%的用量即可滿足需要。

2.3 LGG-g-PAM 對(duì) PCC 的 FPR 的影響

表1 LGG_g_PAM不同分子置和陽(yáng)電荷密度對(duì)FPR及成紙強(qiáng)度的影響

彳畢隊(duì)*J008 第101期

助劑特性粘度 mL/g陽(yáng)電荷密度 mmol/gFPR

%定量

g/m2抗張指數(shù) N-m/g撕裂指數(shù)

mN-mVgmm

kPa，m2/’R1

空白——45.8962.1525.798.691.515

5

LGG-g-PAM 186.35i.4577.3363.0025.928.791.55I

LGG-g PAM2119.101.5982*4763.3825.408.901.62i

LGG-g-PAM3122,952.4188.5765.0124.538.631.521

1LGG-g~PAM4250.833.2182.2363.3425.198.931.51i

!■LGG-g-PAM5337.181.6485.0364.0527.019.101.65

LGG-g-PAM6353.150.7578‘3363.0326.919.041,65

rLGG-g-PAM7397,45L8286.6964.2727.639.351.75j

tLGG-g - PAM8457.481.1483.0263.5028,119,371.77i

LGG-g-PAM9619.851.5681.4863.1826.769.001.65寫(xiě)

'丨

LLGG-g-PAMlO748.751.7084.6463.7223.518.231.42i

iA

從圖2知，上述三種LGG-g-PAM對(duì)PCC均有不同 程度的助留效果。隨著助劑用量的增加，PCC的FPR增 加，到達(dá)一定用量后再增加助劑用量，對(duì)PCC的FPR提髙 將不再明顯。同時(shí)PCC的留著還與LGG—PAM的分子 量和陽(yáng)電荷密度有關(guān)。當(dāng)LGG-g-PAM用量小于0.08% 時(shí)，低分子量髙陽(yáng)電荷密度的LGG-g-PAM3比中等分 子量中等陽(yáng)電荷密度的LGG - g-PAM7顯示出更好的 助留效果，在用量為0.02%時(shí)LGG - g_PAM3對(duì)PCC的 FPR比LGG-g-PAM7的提髙了 12 • 8個(gè)百分點(diǎn)，此時(shí)填 料主要是通過(guò)電荷中和作用絮凝成大顆粒而被截留在 紙頁(yè)中。對(duì)于髙分子量中等電荷密度的LGG-g- PAM10顯示出對(duì)PCC更為優(yōu)越的助留效果^LGG- g—PAM 10用量為0 • 08%時(shí)，PC C 的FPR為72.15%,比

空白提髙了 43.72個(gè)百分點(diǎn)。1^〇-宮一？入皿10可作為 PCC與纖維之間的媒介，能夠有效地促進(jìn)它們的互相結(jié) 合、互相吸附。而且其分子量很大，有足夠長(zhǎng)度的分子 鏈，可強(qiáng)化纖維與多個(gè)固體細(xì)料的架橋結(jié)合和鑲嵌結(jié)合 作用構(gòu)成吸附力較強(qiáng)的聚合鏈，從而提高PCC的留著 率。

2.4體系pH值對(duì)細(xì)小纖維的FPR的影響

助留過(guò)程中細(xì)小纖維、助留劑等成分的性能(如帶 電量)隨漿料pH值的變化會(huì)有一定的改變，進(jìn)而影響其 助留效果。與叔銨型助留劑相比季銨型助劑受漿料pH 值的影響較小。圖3表明:LGG-g-PAM在中性及堿性 條件下助留性能較好，適宜的抄造pH值為7 ~9。在此 pH范圍內(nèi)隨著漿料pH值的升高,該助留系統(tǒng)作用于蔗 渣漿的FPR升高到最髙點(diǎn)后略微下降，但整體來(lái)看，細(xì) 小纖維的FPR均在85%以上，漿料pH值對(duì)其作用效果影 響不大。這主要是因?yàn)樵谑褂眉句@型造紙助劑時(shí),PH值 在此范圍內(nèi)電荷變化不大。該體系可以用于中堿性抄紙 體系。

2.S漿料電導(dǎo)率對(duì)細(xì)小纖維的FPR的影響

從圖4可以看出，電導(dǎo)率從190 MS/cm上升到 10000 ns/cm的過(guò)程中，體系中細(xì)小纖維的FPR先略 有降低后當(dāng)電導(dǎo)率超過(guò)6000 ns/cm后細(xì)小纖維的 FPR反而有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。隨著電導(dǎo)率增大，金屬離 子在負(fù)電荷周圍形成正電荷屏蔽，而帶正電荷的金屬 離子和LGG - g-PAM分子中的季銨基團(tuán)同性相斥，阻 礙了 LGG-g-PAM的接近，電荷中和作用和吸附架橋 的能力降低，從而使體系的助留作用 降低。但其減弱的程度明顯減緩，這是 因?yàn)長(zhǎng)GG-g—PAM分子中既有陽(yáng)離 子基團(tuán)又有陰離子基團(tuán)，能夠在紙漿 中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。兩性助留劑中的陰 離子可以除去系統(tǒng)中原來(lái)起抑制作用 的其他陽(yáng)離子,從而促進(jìn)助劑在纖維 上的離子締合和吸附；這些陰離子也 可以排斥系統(tǒng)中其他陰離子，從而可 以防止其陽(yáng)離子基團(tuán)過(guò)早地和系統(tǒng)中 其他物料起作用；當(dāng)系統(tǒng)中存在過(guò)多 陽(yáng)離子添加劑使纖維具有某種程度的 陽(yáng)離子特性時(shí)，這些陰離子基團(tuán)能夠 平衡已經(jīng)吸附在纖維上的陽(yáng)離子基 團(tuán)，從而使該分子上的陽(yáng)離子基團(tuán)更 為密切地與纖維上的陰離子基團(tuán)接 觸，從而提高了體系抗無(wú)機(jī)鹽污染的 能力。該體系受髙電導(dǎo)率的影響很小。 2.6 DDJ轉(zhuǎn)速對(duì)細(xì)小纖維的FPR的影 響

由圖5可知，隨著DDJ轉(zhuǎn)速的不斷 提髙，漿料的FPR有不同程度的下降， 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)750r/min時(shí)，細(xì)小纖維的

圖5 DDJ轉(zhuǎn)速對(duì)細(xì)小纖維的FPR的影響

注:LGG_g—PAM7用量0.06%，漿料pH7.73，電導(dǎo) 率 2〇00 ji s/cm

中竿趴* — 2008 第101期38

FPR迅速下降。在DDJ轉(zhuǎn)速為500r/min和1750r/min 時(shí)，細(xì)小纖維的FPR分別為89.49%和55 • 69%,兩者相比 FPR下降了 33.8個(gè)百分點(diǎn)。這是因?yàn)榱糁^(guò)程受到凝聚

速度和解聚速 度兩方面的影 響。隨著DDJ轉(zhuǎn) 速的提髙，解聚 作用加強(qiáng)，且 LGG-g-PAM 通過(guò)架橋作用 形成的大絮聚 體被破壞后，不 可能重聚恢復(fù) 原有的狀態(tài)，從 而造成體系留 著率下降。雖然該體系不適合于高速紙機(jī)的抄造，但是 在DDJ轉(zhuǎn)速小于1000r/min下助劑仍具有很好的助留 效果，滿足抄造要求。

3結(jié)論

3.1選定具有助留和增強(qiáng)雙重效果的LGG-g-PAM7 (特性粘度為397.45mL/g，陽(yáng)電荷密度為1.82 mmol/ g)作為實(shí)驗(yàn)用助劑。其用量為0.08%時(shí)細(xì)小纖維的FPR 比空白提高了88.9%，抗張指數(shù)提高7.1%,撕裂指數(shù)提 高7.6%,耐破指數(shù)提髙15.9%。

3.2當(dāng)LGG-g-PAM 7用量為0.06%時(shí)，細(xì)小纖維的 FPR比空白提高了 41.15個(gè)百分點(diǎn)，打漿度比空白下降 了 19.5%。因此對(duì)細(xì)小纖維的留著選擇0.06%的用量即 可滿足需要。

3.3LGG_g—PAM10(特性粘度為748.75mL/g,陽(yáng) 電荷密度為1.70mmol/g)顯示出對(duì)PCC更為優(yōu)越的助 留效果。當(dāng)LGG-g-PAMlO用量為0.08%時(shí)，PCC的 FPR為72 _ 15%,比空白提髙了 43 • 72個(gè)百分點(diǎn)。

3.4當(dāng)LGG-g-PAM7用量是0.06%時(shí)，體系適宜pH 范圍是7~9,且該體系受高電導(dǎo)率的影響很小，電導(dǎo)率 從190 M s/cm上升到10000 M s/cm的過(guò)程中，體系中細(xì) 小纖維的FPR先略有降低后當(dāng)電導(dǎo)率超過(guò)6000 M s/cm 后細(xì)小纖維的FPR反而有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。