天然瓜爾膠（GG)具有可生 物降解、無毒以及耐剪切力的優(yōu) 點(diǎn)[1]。但可生物降解性使其分子 量逐漸減小，從而降低了存放時(shí) 間及使用效果。經(jīng)過化學(xué)改性的 陽離子瓜爾膠（CGG)是非常有效的助留助濾劑，它能增加細(xì)小 纖維的留著率與濕紙頁的濾水 性，從而提髙紙機(jī)車速。雖然達(dá) 到期望的紙頁強(qiáng)度所用的瓜爾 膠（通常0.2% ~ 0.5%)比淀粉少， 但是高昂的成本限制了它在造 紙工業(yè)中的應(yīng)用p]。
聚丙烯酰胺（PAM)作為最 普通的干強(qiáng)劑，其平均分子量從 幾千到幾百萬不等。通常，髙分 子量（百萬范圍）的帶電荷PAM 在造紙工業(yè)中主要作為助留劑， 相對(duì)低分子量的PAM則用作 干強(qiáng)劑[3]。研究表明，將PAM接 枝到剛性的聚糖主鏈能減緩聚 合物的生物降解，適當(dāng)改善耐剪 切性[2!。因此，擬通過分子設(shè)計(jì)， 在CGG的剛性甘露糖主鏈上 接枝適度數(shù)目和長度的PAM 側(cè)鏈，以促進(jìn)兩者綜合性能的發(fā) 揮，同時(shí)降低陽離子瓜爾膠用 量。
Singh等合成并研究了瓜爾 膠、黃原膠、羧甲基纖維素、海藻 酸鈉、淀粉與PAM接枝共聚物 及其絮凝效果。由于鈰鹽引發(fā)具 有效率髙、速度快的優(yōu)點(diǎn)，大量 研究集中在丙'稀酰胺-瓜爾膠、 丙烯酰胺-羥丙基瓜爾膠的室 溫水溶液接枝共聚[4]，而對(duì)陽禽 子瓜爾膠的接枝聚合研究較少。 因此，本文利用低溫聚合法合成 的丙烯酰胺-陽離子瓜爾膠接 枝共聚物（CGG-g-PAM),研究 其對(duì)桉木硫酸鹽漿的助留助濾 以及成紙的增強(qiáng)性能。
1實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)原料 1.1.1合成原料
CGG實(shí)驗(yàn)室自制，特性黏 度9.32dL.g'丙烯酰胺(AM)和 硫酸鈰銨（CAS)均為分析純。改 變單體濃度和引發(fā)劑濃度，得到 不同分子量的產(chǎn)品，聚合參數(shù)見
表1〇
1.1.2漿料
漂白桉木硫酸鹽漿板用 Valley打漿機(jī)使打漿度提高到 46°SR，漿料灰分0.13% ,細(xì)小 纖維含量20.6%。其中打漿度 和細(xì)小纖維含量的測定分別依 照 T 200 om-89 和 T 261 cm- 94。
1.1.3其他化學(xué)品
CPAM,特性黏度7.61 dL • g—1,聚合氯化鋁(PAC )。
1.2實(shí)驗(yàn)方法 1.2.1漿料的疏解將一定量的濕漿置于標(biāo)準(zhǔn) 纖維疏解器中（加填時(shí)PCC與 濕漿一起加入），加自來水以
1.2%(相對(duì)于絕干漿）的濃度疏 解，然后稀釋到所需濃度。在調(diào) 節(jié)pH = 7的同時(shí)用NaCl控制 體系的電導(dǎo)率為（2 000 ±20) fJLs.cnr1，漿料的溫度為（27 土 W。
1.2.2濾水性能和留著率的測 定
漿料的濾水性能通過打漿 度來反映，其實(shí)驗(yàn)方法參照 GB/T 3332-2004。實(shí)驗(yàn)采用 Electro—Craft® Motomatic II 動(dòng) 態(tài)濾水儀(DDJ)來測量細(xì)小纖維 和填料的首程留著率（FPR)f\ 把處理好的漿料倒入DDJ,設(shè)定 轉(zhuǎn)速為750r.min-1氣濾液的收集 采用 TAPPI 標(biāo)準(zhǔn) T 261 cm—94。 細(xì)小纖維的FPR利用HACH 2100P濁度儀測定100mL濾液 的濁度' 然后建立濁度與FPR 線性回歸方程進(jìn)而計(jì)算出不 同濁度濾液中細(xì)小纖維的濃度， 根據(jù)公式計(jì)算FPR。填料的 FPR則根據(jù)T 261 cm-94中的 重量法求得。
1.2.3抄片及性能檢測
為了研究CGG—g-PAM對(duì) 成紙性能的影響，用配好的漿料 分別在TAPPI標(biāo)準(zhǔn)成形器上抄 造加填量為〇和20%紙樣，其實(shí) 驗(yàn)方法根據(jù)T 205 om-88。抄好 的紙樣在23尤和50%RH條件 下平衡水分24h,測定抗張和撕 裂強(qiáng)度。
1.2.4流變性能
將樣品配制成1%水溶液， 用 Advanced Rheometer (AR. 550〉測試不同剪切速率時(shí)的黏度。
由圖1可見，對(duì)桉木漂白硫 酸鹽漿而言，陽離子瓜爾膠起分 散作用，F(xiàn)PR隨dGG用量的增 加反而降低，尤其是沒有添加 PAC時(shí)降低幅度更大，這說明 CGG對(duì)試驗(yàn)用漿料中細(xì)小纖維 沒有留著效果。從圖2可以看出 CGG-g-PAM3共聚物要和少 量的陰離子捕集劑PAC配合才 能大幅度提高FPR, PAC是高 陽電荷密度的無機(jī)絮凝劑，它能 中和漿料中陰離子組分；之后加 入的接枝共聚物因?yàn)楹倭康?陽電荷密度，主要通過吸附架橋 作用促進(jìn)細(xì)小纖維成團(tuán)沉降，從 而實(shí)現(xiàn)髙效的留著。當(dāng)PAC和
CGG-g-PAM3的用量分別為 0.4%和0.08 %時(shí)，和空白相比 FPR提髙了 88.2% ,再增加 PAC 和 CGG-g-PAM3 用量， FPR上升幅度較小。
2丄2 不同分子量產(chǎn)品對(duì)FPR 和濾水性的影響
研究了 3種分子量的接枝 共聚物對(duì)FPR和漿料濾水性的 影響。分子量增加，甘露糖主鏈 上接枝的聚丙烯酰胺側(cè)鏈長度 增加，加入到紙漿懸浮液中，以 圈或環(huán)的形式自由展開，吸附或 網(wǎng)住表面積很大的細(xì)小纖維，使 它們絮聚起來，分子量越大，能 夠網(wǎng)住更多的細(xì)小組分，留著率 提髙，所以CGG-g-PAM2其效 果優(yōu)于CGG-g-PAMl,見圖3; 但是當(dāng)分子量進(jìn)一步增加，PAM 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 有效地絮聚，因此較髙分子量的 CGG-g-PAM3助留效果反而 下降。同樣從圖4可以看出，不同 分子量接枝共聚物對(duì)漿料濾水性 的影響具有相同的規(guī)律。在PAC 用量為0.4%及中等分子量的 CGG-g-PAM2 用量為 0.04% 時(shí)，打漿度下降39.1 %。這主要
圖3 CGG-g-PAM的用量對(duì) FPR的影響
表3不同助劑對(duì)手抄片強(qiáng)度的影響
注a.加人20%沉淀碳酸耗(PCX) ;b.PAC用量0.4%。
Paper and Paper Making Vol.26 No.3 May 2007
助劑用量/°/»FPR/%打漿度/°SRFPRa /%ft"*Sa/°SR
空白43.14643.442
0.04%80.52583.427
CGG-g-PAM2b
0.08%84.42385.2
0.1%70.13375.832
CPAM
0.2%80.23283.232
0
50g50s5000sn
3 3 2 2 1 1 s
Tds )/趔駕標(biāo)
圖5黏度與剪切速率的關(guān)系曲線 表2 CGG-g-PAM2與CPAM的助留助濾性能的比較
助劑用量
/%定量
/(g.nT2)抗張指數(shù) /(N-m*g-!)裂斷長
/km撕裂纖
/(mN*m2*g^)
空白59.143.274.417.04
CPAM,0.259.443.504.448.26
CGGb,0.0858.942.704.359.22
CGG - g~PAMlb，(X0860.047.874.887.68
CGG-g-PAM2h，0.0860.148.364,938.74
CGG-g-PAM3b,0.0861.148.024.907.55
注 a.紙漿條件:濃度 0.3%,pH = 7電導(dǎo) 2 (XX) s.cm-1;b.PAC 用量丨).4%。
〇 0.040.080.120.16
CGG-g-PAM 用ffi /%
圖4 CGG-g-PAM的用量 對(duì)打漿度的影響
歸因于所形成的絮體小且密實(shí)， 水合作用變差，改善了漿料的濾 水性能。
2.1.3接枝共聚物和CPAM的 助留助濾性能比較
從表2看出接枝共聚物在 較低用量(0.04% )即具有出色的 助留助濾效果,FPR相對(duì)于空白 樣提髙86.7%,打漿度下降了 45.8 0/〇，在添加20%沉淀碳酸鈣 填料時(shí)，其總留著率提高 92.2%,打漿度下降35.7%。而 CPAM用量增加到0.2%時(shí)，其 FPR相對(duì)于空白提高了 86.1%， 打漿度下降了 30.4%。由于共聚 物分子帶有低密度的陽電荷，側(cè) 鏈又以共價(jià)鍵連結(jié)了相當(dāng)長度 的PAM,發(fā)揮了電荷中和和吸 附架橋作用，故陽離子瓜爾膠- 丙烯酰胺接枝共聚物的助留助 濾能力強(qiáng)于CPAM。 2.2共聚物的增強(qiáng)效果
從表3看出，CGG不但沒 有助留效果，而且對(duì)紙頁的抗張 指數(shù)貢獻(xiàn)很小。而3種分子量的 CGG-g-PAM均能較大幅度提 高紙頁的強(qiáng)度，尤其是中等分子 量的CGG-g-PAM2,當(dāng)用量為 0.08% ,使抗張指數(shù)增加11.8% , 裂斷長增加11.8% ,撕裂指數(shù)增 加24.1 %。而實(shí)驗(yàn)所用的CPAM 用量在0.2%時(shí)對(duì)抗張指數(shù)及裂 斷長的增加非常有限。
2.3共聚物的流變分析
由圖5可見，隨著剪切速率 的增加，3種產(chǎn)品的動(dòng)力黏度不 斷降低，但只有CGG-g-PAM2 的變化速率最小，說明CGG-
g-PAM2的耐剪切性能優(yōu)于
450
5001 0001 500 2 000
剪切速書/ S-1
CGG 和 CPAM。
3結(jié)論|
CGG-g-PAM能顯著提髙 桉木漂白硫酸鹽漿的FPR及漿 料的濾水性能，尤其是中等分 子量的CGG—g-PAM2，和 0.4%PAC配合使用，能使手抄 紙的抗張指數(shù)比空白增加 11.8% ,裂斷長增加11.8% ,撕 裂指數(shù)增加24.1%。接枝共聚 物的耐剪切能力優(yōu)于CPAM和 CGG,因而適用于髙速流送的 紙機(jī)系統(tǒng)。
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