利用废纸浆进行抄造的过程中微胶黏物的控制十分重要。微胶黏物,一般指能通过0.15mm缝筛、在系统中以溶解和胶体状态存在的物质(简称DCS)。DCS在抄造系统中会因温度、浓度、剪切、pH值或化学环境的突变而失稳,一部分溶解物质可能会析出成为新的胶体物质,一部分胶体物质则会聚结变大,沉积在设备、纸页等处,造成生产不稳定和纸张品质下降。
目前对微胶黏物含量进行控制的有效方法主要有化学固着剂和生物酶分解法。化学固着剂主要有硫酸铝、聚合氯化铝、聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、高阳离子度淀粉等,它们都具有分子质量小、正电荷密度高的特点,因此能将阴离子性较强的DCS成分有效地固定到纸张纤维上,经抄纸带出抄造系统,使系统得到净化。生物酶分解法中目前比较成功的是利用酯酶对脂肪酸甘油酯等胶黏物进行分解,使胶黏物尺寸变小或粘性降低,达到有效控制胶黏物沉积的目的。但分解产物中的脂肪酸本身不具黏性,却会使抄造系统的阳离子需求量增加,同时与系统中的钙、镁、铝等离子结合仍会产生黏性较大的物质而造成沉积,因此可以说化学固着剂对应用于浆内的酶类胶黏物控制剂的成功使用也起着重要的作用。
但是使用固着剂将DCS(尤其是其中的憎水性成分)固着在纸上,会对纸张强度产生不良影响。因此,有必要寻找新的助剂或技术,使其既能有效地控制教你暗渠又能抑制纸张质量的下降。高阳离子度淀粉被认为具有此项功能,因为它能以氢键作用的方式与纤维素产生作用;另外,其独特的多羟基结构同样也能以氢键作用的方式与溶解于水中的低分子碳水化合物作用,达到更佳的DCS去除效果。鉴于此,笔者认为,与淀粉结构极为相似的瓜尔胶,因其直链上大部分伯羟基和仲羟基都处于外侧,半乳糖支链并未遮住醇羟基,比淀粉具有更大的羟基结合面积、更短的羟基结合距离以及更大的羟基结合力,因此,如果将瓜尔胶制成高阳离子度产品(高阳离子度瓜尔胶,highly cationic guar gum,以下简称HCG),在水溶液中,HCG分子要比高取代阳离子淀粉(HCS)分子能更多地形成直链结构,其活性基团要比HCS更容易接近DCS,其微胶黏物控制效果应好于HCS。
因此,本实验制备了不同分子质量级别的HCG,考察其控制微胶黏物含量及其对纸张物理性能的影响。
1 实验
1.1 实验原料
脱墨浆(取自山东德州正大集团有限公司新闻纸浆线的贮浆池),其pH值9.2,Zeta电位-35.1mV,液相的阳离子需求量0.69mmol/L;HCG,自制,电荷密度0.63mmol/g;用作对比的固着剂是聚胺(韩国娥林株式会社产品,电荷密度6. 8mmol/g),成分为二甲基胺和环氧氯丙烷的缩聚物。
1.2 实验方法
1.2.1 不同分子质量HCG的制备
将碱溶解在适量的水中,喷入瓜尔胶后搅拌一定的时间,使其混合均匀,再将环氧丙基三甲基氯化铵阳离子醚化剂加入瓜尔胶中,搅拌均匀,放入烘箱,在指定的温度下反应一定的时间,得到粗产品;粗产品用一定浓度的乙醇溶液浸泡,过滤,洗涤,真空干燥后即得季铵盐型HCG。
将制得的HCG用水溶液解成质量分数为0.4%的溶液,在pH 值1、酸化温度60摄氏度的条件下进行降解处理,反应一定时间后取出一部分样品加入NaOH终止反应。测定不同酸解时间下得到的瓜尔胶溶液流经毛细管黏度计的时间,由此可以间接地得知各级阳离子度瓜尔胶分子质量的差异情况。
1.2.2 HCG控制废纸浆微胶黏物的效果
通过测定HCG加入前后浆料纤维的Zeta电位、浆料的阳离子需求量、浊度、COD及滤水速度等的变化考察不同分子质量HCG所具有的不同湿部化学行为,由此推断控制微胶黏物的效果和机理。
取相当于10g绝干浆的废纸脱墨浆,加入一定量的HCG搅拌1 min后,将浆料浓度调至1.0%。采用SZP06 Zeta电位仪(德国mutek公司)测定纤维的Zeta电位;用动态滤水仪DDT-0305S(韩国Gist株式会社)测定将了的滤水性能,同时保留滤液测定其pH值、电导率;滤液经24h自由沉降后取上层清液,用Lp2000-11浊度仪(美国Hanna Instrument 公司)测定其浊度,用PCD03颗粒电荷测定仪(德国mutek公司)测定其阳离子需求量,再按国家标准测定其COD含量。
1.2.3 纸张物理性能的测定
疏解后的浆料在标准纸页成型器上抄成定量为60g/m2的手抄片。纸张厚度、抗张强度、撕裂度和耐折度按国家标准测定。
2 结论
经过实验及数据测量和分析,得出以下结论:
2.1 分子质量高的HCG更易被纤维吸附,分子质量小的HCG更易与浆料中的DCS作用。
2.2 尽管不同分子质量级别的HCG的电荷密度远小于常用的聚胺类固着剂,但它们去除浆内胶体物质和COD的效果却优于后者。
2.3 HCG对纯化学浆有较好的增强作用,其中增加耐折度的效果最为明显。用于废纸浆时,HCG将微胶黏物固着至纤维上,使其增强作用减弱,但是对耐折度的提高仍然最明显,抗张强度和撕裂度能得到维持。