買驗藥品與儀器 4.1.1實驗藥品表2-1改性瓜爾膠助劑 Tab.2-1 Modified guar gum additives名稱來源粘度(mPa-s)取代度同位兩性離子型瓜爾膠實驗自制4700.43異位兩性離子型瓜爾膠實驗自制4200〇。343(陰)

　　

　　陽離子瓜爾膠無錫金鑫科技有限公司35000.48非離子瓜爾膠無錫金鑫科技有限公司23000.72表2-2實驗藥品 Tab.2-2 Experimental reagents名稱級別產(chǎn)地品品品商商商碳酸鈣 針葉木衆(zhòng) 闊葉木衆(zhòng)牡丹江恒豐紙業(yè)，白度97%加拿大進口漂白針葉木硫酸鹽漿(81°SR) 加拿大進口漂白闊葉木硫酸鹽漿(43°SR)

　　

　　4.1.2買驗儀器表2-3實驗儀器 Tab.2-3 Experimental instrument名稱型號產(chǎn) 地紙樣抄取器ZQJ1-B-II陜西科技大學(xué)機械制造廠纖維解離器ZQS4陜西科技大學(xué)機械制造廠油壓機ZQYC—II陜西科技大學(xué)機械制造廠水分測定儀HB43梅特勒一托利多儀器(上海)有限公司精密天平AL204梅特勒一托利多儀器(上海)有限公司電腦測控抗張試驗機DC-KZ300C四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司打漿度測試儀—陜西科技大學(xué)機械制造廠紙與紙板透氣度測定儀J-TQY10四川長江造紙儀器有限公司瓦力打漿機ZQS2-23陜西科技大學(xué)機械制造廠電熱鼓風(fēng)干燥箱101A-1B上海安亭科學(xué)儀器有限公司箱式電阻爐SX2-12-16上海益眾電爐有限公司Zeta電位儀SZP〇6BTG Mutek GmbHd/o色度、白度儀—溫州儀器儀表有限公司動態(tài)濾水儀DDT-0205BBTG Mutek GmbH4.2.1改性瓜爾膠溶液的配制利用水分測定儀測量得到改性瓜爾膠的水份，計算稱取5g絕干改性瓜爾膠，溶于 500ml蒸餾水中，用強力攪拌使之分散均勻溶解。放置2h在粘度達到最高時使用。使 用時根據(jù)計算量取定量改性瓜爾膠溶液。

　　

　　4.2.2漿料的制備與磨漿使用瓦利(Valley；)打漿機進行打漿，獲得所需打漿度的漿料(參見GB/T24325-2009；)。 4.2.3漿料的打漿度的測定使用肖伯氏打漿度儀測定漿料的打漿度(參見GB-T 3332-2004)。

　　

　　4.2.4瓜爾膠助劑的助濾性能[so]將配制好的濃度為0.3%的衆(zhòng)料1000ml，在DDT (Dynamic Drainage Tester)中以設(shè)定的轉(zhuǎn)速下攪拌一定的時間，再倒入打衆(zhòng)度儀測定前l(fā)Osec中濾出液的體積（實驗中應(yīng) 堵住打漿度儀的下排水口）。 4.2.5瓜爾股助劑的助留性能助劑的助留性能可以通過以填料留著率來反應(yīng)。通過測定紙張中填料含量和己知的 加入漿料中的填料含量，可以得到填料的留著率。由于漿料中填料碳酸鈣添加量一致， 所以助劑的助留性能可以直接由紙張中所含的填料，及通過測定紙張的灰分來反映。

　　

　　紙和紙板灰分含量的測定參見GB/T742-2003。

　　

　　4.2.6漿料及白水Zeta電位的測定造紙濕部漿料中的植物纖維、填料、化學(xué)助劑和膠料等都具有一定的靜電荷，所帶 電荷的正負、大小各不相同。近幾年，造紙工業(yè)發(fā)生了突飛猛進的變化，隨著化學(xué)品助 劑種類的不斷增加、紙機車速的持續(xù)提高、中性造紙工藝的出現(xiàn)，都給造紙濕部帶來巨 大的改變。若仍然采用傳統(tǒng)辦法，僅通過調(diào)節(jié)pH值來達到控制造紙濕部的目的已經(jīng)不能 適應(yīng)這些變化了，因為pH值并不能真實地反應(yīng)紙料性質(zhì)。因此越來越多的人開始借助 Zeta電位來控制紙機濕部的化學(xué)過程，Zeta電位比pH值相比能更全面、更準(zhǔn)確地反應(yīng)造 紙濕部情況。

　　

　　測量Zeta電位的方法主要有微電泳法、流動電位法和流動電流法等，SZP06Zeta 電位儀使用的是流動電位法，具有自動、快速、操作簡單、再現(xiàn)性好等特點[51]。

　　

　　漿料的Zeta電位可以直接測量，白水的Zeta電位需要添加一部分漿料用于形成纖 維塞，從而進行測量。

　　

　　4.2.7白水濃度測定白水是指在造紙過程中脫出的水的統(tǒng)稱，白水中含有纖維和多種非纖維物質(zhì)（如： 料、助劑等）。

　　

　　白水濃度測量步驟為[52]:(1)將定量濾紙放在設(shè)定溫度為102±3°C的恒溫干燥箱內(nèi)，3h后取出，放在電子 天平上稱重，精確至O.OOlg，記錄為Gi;(2)用量筒量取從白水桶中取來的白水100ml備用；(3)用（1)中的濾紙放在抽慮漏斗中，過濾（2)中的白水；(4)將濾渣和濾紙一起放入恒溫箱內(nèi)，在102±3°C的溫度下恒重3h，取出稱重， 精確至O.OOlg，記為G2。

　　

　　白水濃度計算公式：白水濃度KG2-G,)%4.2.8紙張的抄造①準(zhǔn)備：測量漿料、瓜爾膠助劑的水份[53~54]，稱量所需的漿料和改性瓜爾膠，漿料 的組成為：70%的闊葉木漂白化學(xué)漿（打漿度為43°SR)和30%的針葉木漂白化學(xué)漿（打 漿度為81°SR);將瓜爾膠助劑配制成1%濃度的溶液，放置2h后使用；用纖維解離器 對纖維進行疏解，依次加入瓜爾膠助劑和碳酸鈣填料，碳酸鈣的添加量為40%[55#](對 絕干漿）。

　　

　?、诔垼壕唧w步驟見常規(guī)紙頁成型器使用方法QB/T 3703-1999。

　　

　　4.2.9卷煙紙的定量卷煙紙的定量增加，卷煙紙的不透明度和抗張強度會隨之增加，對白度和伸長率影 響不大，但是定量增加會降低卷煙紙的透氣性和燃燒型。根據(jù)工廠的實際情況，實驗中 將卷煙紙的定量設(shè)定為27 g/m2。

　　

　　4.2.10卷煙紙抗張強度的測定測定方法：參見GB/T 12914-2008。

　　

　　4.2.11卷煙紙透氣度的測定透氣度高的卷煙紙能夠降低抽煙時對人體的危害，因此在卷煙紙工業(yè)生產(chǎn)中，對卷 煙紙的透氣度也有很高的要求[57]。

　　

　　實驗室常用的透氣度測定儀是肖伯爾(Schopper)透氣度儀，具體使用方法參照GB/T 458-2002。

　　

　　由于肖伯爾（Schopper)透氣度儀的測定范圍有限，不太適合測定高透氣度的卷煙 紙等煙用紙張，且肖伯爾（Schopper)透氣度儀誤差比較大，因此有專用于測卷煙紙的 透氣度儀。

　　

　　我國煙草行業(yè)普遍采用CU作為卷煙紙透氣度的單位，為了將實驗產(chǎn)品與商品卷煙 紙的性能作比較，需要將實驗室所測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成卷煙紙常用透氣度單位。

　　

　　透氣度單位的轉(zhuǎn)換方法參照《卷煙紙透氣度的測定》[58]。

　　

　　目前在造紙行業(yè)中，有很多表示紙張白度的測定方法，其中最常用的有ISO亮度、 CIE白度和D65亮度。論文中是采取使用溫州儀器儀表有限公司的WS/SDd/o色度白度 計[59]測試紙張的ISO亮度。

　　

　　測定原理[6()-61]見 GB/T 7974-2002。

　　

　　4.3實驗步驟4.3.1單次抄紙實驗單次抄紙實驗即抄紙過程中不進行白水循環(huán)。通過變化瓜爾膠的添加量，討論幾種 不同瓜爾膠在不同添加量下對濕部和紙張性能的影響。

　　

　　4.3.2白水循環(huán)實驗白水循環(huán)試驗中，將每次抄紙后濾出的白水收集，取出一小部分用于分析檢測，測 白水的濃度，再加入漿料測量Zeta電位。再取2L加入所需紙漿，解離，加入碳酸鈣與 瓜爾膠，加入剩余白水再次抄紙。重復(fù)試驗多次。再將多次白水循環(huán)試驗所抄造的紙張 進行檢測，測其灰分、抗張強度、透氣度與白度。

　　

　　4.4實驗結(jié)果與討論4.4.1瓜爾膠助劑在單次紙張抄造中的應(yīng)用效果 4.4.1.1瓜爾股添加量對漿料Zeta在未加入任何其他助劑和填料的情況下，將改性瓜爾膠溶液直接加入漿料中，對其 Zeta電位進行測試，測試的結(jié)果如下圖：圖4-1改性瓜爾膠添加量對漿料Zeta電位的影響 Fig.4-1 The effect of modified Guar gum addition rate on the Zeta potential of pulp由圖可知，隨著陽離子瓜爾膠添加量的増加，紙漿的Zeta電位快速增加，甚至趨| 于0,而兩性瓜爾膠的Zeta電位并無很大變化，相比較起來，同位兩性離子型瓜爾膠丨變化則更小。有研究表明，濕部系統(tǒng)的Zeta電位在略低于0時是最佳的，若高于0,則 會影響到其他助劑填料的使用。從這個方面看，兩性瓜爾膠在應(yīng)用中能采用更高的添加 量，且不擔(dān)心對其他助劑填料使用效果的影響，而同位兩性離子型瓜爾膠則更優(yōu)于異位 兩性離子型瓜爾膠。

　　

　　4.4.1.2瓜爾股添加量對助留助濾效果的影響在紙漿中加入0.3%的非離子瓜爾膠和40%的碳酸鈣，研究改性瓜爾膠的在不同添 加量下的助留助慮效果。

　　

　　圖4-2改性瓜爾膠添加量對紙張灰分的影響 Fig.4-2 The effect of modified Guar gum addition rate on the ash of paper通過測定紙張的灰分含量，討論隨著改性瓜爾膠添加量的變化，紙張?zhí)妓徕}的留著 情況，由實驗結(jié)果可以看出，紙張的灰分是隨著瓜爾膠的添加量升高的，這是因為陽離 子和兩性瓜爾膠中的陽離子基團中和了填料和纖維的電荷，使之排斥力減小，進而提高 填料留著，使紙張灰分含量增加。

　　

　　圖4-3改性瓜爾膠添加量對濾液體積的影響 Fig.4-3 The effect of modified Guar gum addition rate on the volume of filtrate由圖4-3可以看出，陽離子和兩性瓜爾膠都可以顯著加快濾水的速度。這是因為陽 離子和兩性瓜爾膠中都含有陽離子基團，這些陽離子基團能夠降低纖維、填料等表面的 電荷，促使纖維和填料凝聚，降低了纖維或填料的比表面積，從而加速了脫水作用。

　　

　　4.4.1.3瓜爾股添力口量對紙張性能的影響在非離子瓜爾膠添加量為0.3%，碳酸鈣添加量為40% (對絕干漿）的前提下，對 改性瓜爾膠在不同添加量的情況下對紙張的抗張強度、透氣度、白度的影響也作了研究， 研究結(jié)果如下：圖4-4改性瓜爾膠添加量對卷煙紙抗張強度的影響 Fig.4-4 The effect of modified Guar gum addition rate on the tensile strength of cigarette paper-■一陽離子瓜爾膠 +異位兩性離子型瓜爾膠 +同位兩性離子型瓜爾膠37 H |1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 10.000.010.020.030.040.05圖4-5改性瓜爾膠添加量對卷煙紙透氣度的影響 Fig.4-5 The effect of modified Guar gum addition rate on the permeability of cigarette paper圖4-6改性瓜爾膠添加量對卷煙紙白度的影響 Fig.4-6 The effect of modified Guar gum addition rate on the white degree of cigarette paper改性瓜爾膠添加量％由實驗結(jié)論可以看出，改性瓜爾膠添加量的改變能使紙張白度得到較大改善，但是 對紙張強度和透氣度卻沒有很大的影響，且應(yīng)用效果是：同位兩性離子型瓜爾膠 >異位 兩性離子型瓜爾膠 > 陽離子瓜爾膠。所以在實際應(yīng)用中，兩性瓜爾膠能夠完全取代陽離 子瓜爾膠投入使用，而且同位兩性離子型瓜爾膠比異位兩性離子型瓜爾膠應(yīng)用效果更 好。

　　

　　4.4.2瓜爾股助劑在白水循環(huán)中的使用效果白水循環(huán)實驗中助劑和填料的添加量根據(jù)工廠中使用情況來確定，陽離子瓜爾膠、 同位兩性離子型瓜爾膠、異位兩性離子型瓜爾膠添加量為0.03%，非離子瓜爾膠添加f 為 0.3%。

　　

　　4.4.2.1白水循環(huán)實驗中白水濃度變化對每次收集起來的白水進行濃度測試，實驗結(jié)果如下：圖4-7白水循環(huán)次數(shù)對白水濃度的影響 Fig.4-7 The effect of white water cycle number on the concentration of white water由圖中結(jié)果可以看出白水濃度是不斷上升的，因為未留著在濕紙幅上的填料、瓜爾 膠助劑和細小纖維會積聚，使白水濃度增加。

　　

　　4.4.2.2白水循環(huán)實驗中白水Zeta電位變化白水中Zeta電位隨著白水循環(huán)次數(shù)的變化如下圖：圖4-8白水循環(huán)次數(shù)對白水Zeta電位的影響 Fig.4-8 The effect of white water cycle number on the Zeta potential of white water隨著白水循環(huán)次數(shù)的增加，加入陽離子瓜爾膠的白水的Zeta電位會逐步增加，這是 由于未留著在紙張上的陽離子瓜爾膠會留在白水中，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，漿料中的陽 離子瓜爾膠也會增加，陽離子瓜爾膠中帶有陽電荷，會使?jié)癫康腪eta電位增加，如果A 水循環(huán)的次數(shù)繼續(xù)增加，白水的Zeta電位最終會趨向于0。

　　

　　而圖中，加入兩性瓜爾膠的白水的Zeta電位的變化很少，這是因為兩性瓜爾膠不〃 具有陽離子基團，也具有陰離子基團，電荷比較平衡，所以兩性瓜爾膠的殘留和聚集對 白水Zeta電位的影響很少。而同位兩性離子型瓜爾膠相比較起來影響更小一些，這是因 為由此種合成方法合成出來的兩性瓜爾膠的陰陽離子的基團幾乎是1: 1，所以即使經(jīng)過 了多次白水循環(huán)，紙漿的Zeta電位也會基本保持穩(wěn)定，從而保證了濕部電荷的平衡。

　　

　　4.4.2.3白水循環(huán)實驗中紙張性能變化為了使實驗盡量貼近實際生產(chǎn)中的上網(wǎng)漿濃，在做與白水循環(huán)次數(shù)對紙張性能影響 的實驗時，將成型時的漿料濃度設(shè)定為0.1%。實驗中將每次白水收集，重復(fù)用于的纖 維疏解、紙張成型。陽離子瓜爾膠、同位兩性離子型瓜爾膠、異位兩性離子型瓜爾膠的 添加量為0.03%，非離子瓜爾膠添加量為0.3%，碳酸鈣添加量40%。對幾次實驗的紙張 測其抗張強度、透氣度及白度，實驗結(jié)果如下所示：0.90-10.85-A+陽離子瓜爾膠 一?一異位兩性離子型瓜爾膠 同位兩性離子型瓜爾膠800.75-0.70-白水循環(huán)次數(shù)圖4-9白水循環(huán)次數(shù)對卷煙紙抗張強度的影響 Fig.4-9 The effect of white water cycle number on the tensile strength of cigarette paperI 145no?r?

　　

　　-■一陽離子瓜爾膠 -?-異位兩性離子型瓜爾膠 ■^同位兩性離子型瓜爾膠白水循環(huán)次數(shù)圖4-10白水循環(huán)對卷煙紙透氣度的影響 Fig.4-10 The effect of white water cycle number on the permeability of cigarette paper50-白水循環(huán)次數(shù)圖4-11白水循環(huán)對卷煙紙白度的影響Fig.4-11 The effect of white water cycle number on the white degree of cigarette paper由圖4-9、圖4-10和圖4-11可以看出隨著白水循環(huán)次數(shù)的增加，紙張的抗張強度、 透氣度、白度都有所改變，但是強度和透氣度改變不明顯，白度則有明顯改善，這是因 為殘留在白水中的改性瓜爾膠會投入下次使用，相當(dāng)于增加了改性瓜爾膠的添加量，且 未留著的碳酸鈣也會在下一次投入使用，因此白度會得到提高，且兩性瓜爾膠比陽離子 瓜爾膠的性能好。

　　

　　而從圖4-11可以看出雖然紙張的白度都有所改善，但是當(dāng)循環(huán)次數(shù)為5時，添加 陽離子瓜爾膠的紙張的白度已經(jīng)不再有上升趨勢了，這是因為白水中積累的陽離子瓜爾 膠過多，影響了白水的Zeta電位，使助劑和填料的使用效果變差。

　　

　　4.5本章小結(jié)對陽離子瓜爾膠、同位兩性離子型瓜爾膠和異位兩性離子型瓜爾膠的添加量對漿料 Zeta電位、紙張性能的影響進行了研究，得出結(jié)論：陽離子添加量的增加會改變紙漿的 Zeta電位，使之増加，若加入過量的陽離子，貝U會使紙漿的Zeta電位趨于正值，影響 到其他助劑的使用。而兩性瓜爾膠添加量的增加并不會對紙漿Zeta電位造成很大的影 響。相比較起來，同位兩性瓜爾膠比異位兩性瓜爾膠帶來的影響更小。改性瓜爾膠添加 量的增加對紙張的抗張強度和透氣度影響較小，卻能顯著提高紙張的白度，加快濾水速 度，提咼填料留著。

　　

　　對改性瓜爾膠的白水循實驗結(jié)果證明：隨著白水循環(huán)次數(shù)的増加，白水濃度逐步升 高；加入陽離子瓜爾膠的白水Zeta電位會不斷上升，而加入兩性瓜爾膠的白水Zeta電 位則變化不明顯，且同位兩性瓜爾膠幾乎對電位變化不造成影響；紙張的抗張強度和透 氣度會有波動，但是波動不大；紙張白度也有變化，但陽離子的使用性能隨著循環(huán)次數(shù) 的增加會有下降的趨勢。

　　

　　第五章結(jié)論與展望5.1結(jié)論(1)用濕法以先合成兩性中間體再與瓜爾膠原粉反應(yīng)的實驗步驟合成了同位兩性離 子型瓜爾膠，表征了實驗中得到的晶體和兩性瓜爾膠，證實了兩性瓜爾膠已經(jīng)被成功制 得。測定了同位兩性離子型瓜爾膠的主要指標(biāo)，得到濃度1%的溶液pH為5.8,粘度為 470 rnP^s。研究了濕法合成過程中反應(yīng)條件對兩性醚化劑取代度的影響，得到最佳的工 藝條件為：堿/瓜爾膠質(zhì)量比為1.25xl〇-2，反應(yīng)溫度為70°C,反應(yīng)時間為6h。此時取代 度能達到0.43。

　　

　　(2)用傳統(tǒng)方法合成了異位兩性離子型瓜爾膠，對反應(yīng)產(chǎn)物的進行了紅外表征，證明 異位兩性離子型瓜爾膠已經(jīng)被成功制得。探討了堿催化劑添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間 對瓜爾膠取代度的影響。實驗結(jié)論為：堿/瓜爾膠質(zhì)量比為lxlO-2，反應(yīng)溫度為70°C， 反應(yīng)時間為2h時，為瓜爾膠的最佳反應(yīng)條件，此時羧甲基取代度為0.343。

　　

　　(3)若加入過量的陽離子瓜爾膠，則會使紙漿的Zeta電位趨于正值，影響到其他助 劑的使用。而兩性瓜爾膠添加量的增加并不會對紙漿Zeta電位造成很大的影響。相比較 起來，同位兩性離子型瓜爾膠比異位兩性離子型瓜爾膠帶來的影響更小。改性瓜爾膠添 加量的增加對紙張的強度和透氣度影響較小，卻能顯著提高紙張的白度，加快濾水速度， 提尚填料留著。

　　

　　(4)隨著白水循環(huán)次數(shù)的增加，白水濃度逐步升高；加入陽離子瓜爾膠的白水Zeta 電位會不斷上升，而加入兩性瓜爾膠的白水Zeta電位則變化不明顯，且同位兩性離子型 瓜爾膠幾乎不對電位造成影響；紙張的抗張指數(shù)和透氣度會有波動，但是波動不大；紙 張白度也有變化，但陽離子瓜爾膠的使用性能隨著循環(huán)次數(shù)的增加會有所下降。

　　

　　5.2展望本文采用先合成兩性中間體，再改性瓜爾膠的方法，用濕法制成了同位兩性離子型 瓜爾膠，也用傳統(tǒng)方法合成了異位兩性離子型瓜爾膠，對其與陽離子瓜爾膠在卷煙紙中 的效果進行了比較，可以看出兩性瓜爾膠比陽離子瓜爾膠在白水循環(huán)系統(tǒng)中的確有更大 的使用優(yōu)勢。

　　

　　但是本論文對卷煙紙的抄造過程非常簡便，只是使用了碳酸鈣填料和瓜爾膠助劑， 并沒有使用其他一些助劑，因而對工廠的濕部狀況模擬不太準(zhǔn)確。且對紙張的性能檢測 方面，卷煙紙的性能要求還涉及燃燒性能等，實驗所抄造的紙和商品所要求的卷煙紙性 能還有一點差距，這些都需要詳細考慮。