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  • 瓜尔胶及改性瓜尔胶在造纸中的应用
  • 来源:爱学术        2019-08-13         2740
【摘要】

瓜尔胶由于其独特的分子结构及物理化学特性,使它成为一种很有潜力的新型环保造纸助剂。天然瓜尔胶作为造纸助剂时,可以提高纸页强度,减少灰斑形成并提高纸页匀度。它的缺点是造成滤水困难,从而增大了干燥部负荷。经过化学改性的两性或阳离子性的瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。

瓜尔胶,是从种植于印巴次大陆的豆科植物——瓜豆中提取的一种植物胶。它在化学组成上是聚半乳糖甘露糖。由于其独特的分子结构及物理化学特性,使它成为一种很有潜力的新型环保造纸助剂。瓜尔胶的首要特点是因瓜豆生长于高温、干旱缺水的环境,因此其不耐水,在冷水中便可以水化、溶解。这与淀粉系列助剂使用前需要糊化相比是一个很大的优势。

瓜尔胶的另一特点是分子结构与纤维素分子非常相似,瓜尔胶分子中甘露糖单元通过1,4-β苷键连接成主链,半乳糖支链则以1,6-a键间隔与甘露糖主链相连。与纤维素分子的相似性使它易于吸附到纤维上而产生助留、助滤和增强效果。瓜尔胶与PAM(聚丙烯酰胺)等助剂相比,分子量不高,因而不会产生过度絮凝。所以,瓜尔胶做助留剂时,有明显的助留效果,同时并不影响纸页匀度。另外,造纸过程中对纤维的润胀及纸页强度有重要作用的半纤维素(主要是甘露糖和木糖)会在蒸煮过程中损失,而瓜尔胶的应用可以起到补充天然半纤维素的作用。

瓜尔胶及改性瓜尔胶在造纸中的应用

从瓜豆中提取瓜尔胶后一般要经过用Haug的方法纯化,瓜尔胶先用乙醇再用乙醚洗涤,接着在纯乙醚中放置8h,然后进行过滤并真空烘千2天,干燥后瓜尔胶在实验用球磨机磨3-4h。磨细后过50目筛,然后在50%RH(相对湿度)和73°F条件下过夜。纯化后瓜尔胶的氮含量、蛋白质、灰分分别从0.738%、4.61%、0.68%下降到0.21%、1.32%、0.18%。

瓜尔胶在造纸中的应用

瓜尔胶中甘露糖单元与半乳糖单元的比例不同,会影响其使用性能,通过酶水解的方法可以使一部分半乳糖支链水解而提高甘露糖的含量,不同甘露糖/半乳糖比例对瓜尔胶在纸页中的留着影响。水解的瓜尔胶即甘露糖/半乳糖比例增大,则本身被纤维留着率增大。到一定程度,当支链半乳糖太少,留着率略有下降。另外纯化后的瓜尔胶相对纤维的加入量从0.66%增大到1.9%,本身被纤维留着率则从75.75%下降到58%,这是因为对于一给定的纤维表面积,它所能吸附的高分子助剂也是有限的。

天然瓜尔胶作为造纸助剂时,可以提高纸页强度,减少灰斑形成并提高纸页匀度。它的缺点是造成滤水困难,从而增大了干燥部负荷。经过化学改性的两性或阳离子性的瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。瓜尔胶粉与叔胺或季铵盐发生醚化反应可以使瓜尔胶带有一定的电荷密度,从而更容易与带负电的纤维和填料发生作用。国外新研制的一种管式反应器可以使瓜尔胶的醚化反应连续进行,它让瓜胶粉、碱、醚化剂的混合浆状物在没有氧存在的条件下连续通过管式反应器,控制一定的温度和反应时间而得到一定取代度的产品。

改性瓜尔胶在造纸中的应用

将阳离子瓜尔胶与阳离子淀粉按一定比例预先混合,经糊化后使用。

阳离子淀粉的增强及阳离子瓜尔胶的助留、助滤效果都能得到有效的发挥,而且它比不经预先混合而分别使用两种助剂相比,强度提高20%左右。更重要的是它消除了单独使用阳离子瓜尔胶时粉尘(瓜尔粉)对人体影响及耗水量大的弊端。

在造纸过程中,如果淀粉助剂用量过多,则会导致纸页变硬,同时增大白水COD和BOD负荷,将改性的瓜尔胶(阳离子或中性)与胶体硅酸按适当比例混合后,是一种良好的造纸增强剂,同时也显著提高助留助滤效果。分多次加入胶体硅酸对纸页强度和其他性能有较大改善,但最显著的改善是细小纤维和填料的留着率。具体加入步骤为先将一部分胶体硅酸与纤维和填料混合,适时加入改性瓜尔胶,当填料中形成了纤维、填料、硅酸和瓜尔胶的混合絮聚物并在浆料进入流浆箱之

前加入剩余部分胶体硅酸。虽然它对助留助滤、增强的原理还不完全明了,但是纤维-填料-硅酸与瓜尔胶混合物形成的絮最物更加稳定被认为是主要原因,即后面加入的胶体硅酸使先前形成的絮聚物进一步结合成更稳定的、对成形过程各种外力不敏感的絮聚物。

目前,瓜尔胶在滤嘴棒纸生产中的应用是最成功的。它不需要单独的溶解、搅掉设备,在低定量纸中有较大的推广价值。


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