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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      陽離子瓜爾膠丙烯酰胺接枝共聚物的助留助濾性能

      發布日期:2015-04-06 15:09:10
      留著率
      天然瓜爾膠(GG)具有可生 物降解、無毒以及耐剪切力的優 點[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 間及使用效果。經過化學改性的 陽離子瓜爾膠(CGG)是非常有效的助留助濾劑,它能增加細小 纖維的留著率與濕紙頁的濾水 性,從而提髙紙機車速。雖然達 到期望的紙頁強度所用的瓜爾 膠(通常0.2% ~ 0.5%)比淀粉少, 但是高昂的成本限制了它在造 紙工業中的應用p]。
      聚丙烯酰胺(PAM)作為最 普通的干強劑,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 在造紙工業中主要作為助留劑, 相對低分子量的PAM則用作 干強劑[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,適當改善耐剪 切性[2!。因此,擬通過分子設計, 在CGG的剛性甘露糖主鏈上 接枝適度數目和長度的PAM 側鏈,以促進兩者綜合性能的發 揮,同時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。由于鈰鹽引發具 有效率髙、速度快的優點,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 其對桉木硫酸鹽漿的助留助濾 以及成紙的增強性能。
      1實驗
      1.1實驗原料 1.1.1合成原料
      CGG實驗室自制,特性黏 度9.32dL.g'丙烯酰胺(AM)和 硫酸鈰銨(CAS)均為分析純。改 變單體濃度和引發劑濃度,得到 不同分子量的產品,聚合參數見
      表1〇
      1.1.2漿料
      漂白桉木硫酸鹽漿板用 Valley打漿機使打漿度提高到 46°SR,漿料灰分0.13% ,細小 纖維含量20.6%。其中打漿度 和細小纖維含量的測定分別依 照 T 200 om-89 和 T 261 cm- 94。
      1.1.3其他化學品
      CPAM,特性黏度7.61 dL • g—1,聚合氯化鋁(PAC )。
      1.2實驗方法 1.2.1漿料的疏解將一定量的濕漿置于標準 纖維疏解器中(加填時PCC與 濕漿一起加入),加自來水以
      1.2%(相對于絕干漿)的濃度疏 解,然后稀釋到所需濃度。在調 節pH = 7的同時用NaCl控制 體系的電導率為(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,其實驗方法參照 GB/T 3332-2004。實驗采用 Electro—Craft® Motomatic II 動 態濾水儀(DDJ)來測量細小纖維 和填料的首程留著率(FPR)f\ 把處理好的漿料倒入DDJ,設定 轉速為750r.min-1氣濾液的收集 采用 TAPPI 標準 T 261 cm—94。 細小纖維的FPR利用HACH 2100P濁度儀測定100mL濾液 的濁度' 然后建立濁度與FPR 線性回歸方程進而計算出不 同濁度濾液中細小纖維的濃度, 根據公式計算FPR。填料的 FPR則根據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 成紙性能的影響,用配好的漿料 分別在TAPPI標準成形器上抄 造加填量為〇和20%紙樣,其實 驗方法根據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的黏度。
      由圖1可見,對桉木漂白硫 酸鹽漿而言,陽離子瓜爾膠起分 散作用,FPR隨dGG用量的增 加反而降低,尤其是沒有添加 PAC時降低幅度更大,這說明 CGG對試驗用漿料中細小纖維 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 入的接枝共聚物因為含少量的 陽電荷密度,主要通過吸附架橋 作用促進細小纖維成團沉降,從 而實現髙效的留著。當PAC和
      CGG-g-PAM3的用量分別為 0.4%和0.08 %時,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 不同分子量產品對FPR 和濾水性的影響
      研究了 3種分子量的接枝 共聚物對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鏈長度 增加,加入到紙漿懸浮液中,以 圈或環的形式自由展開,吸附或 網住表面積很大的細小纖維,使 它們絮聚起來,分子量越大,能 夠網住更多的細小組分,留著率 提髙,所以CGG-g-PAM2其效 果優于CGG-g-PAMl,見圖3; 但是當分子量進一步增加,PAM 大分子的水力體積增大,運動受 阻,分子變得比較卷曲,降低了 其吸附架橋能力,細小纖維難以 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漿料濾水性 的影響具有相同的規律。在PAC 用量為0.4%及中等分子量的 CGG-g-PAM2 用量為 0.04% 時,打漿度下降39.1 %。這主要
      圖3 CGG-g-PAM的用量對 FPR的影響 
      表3不同助劑對手抄片強度的影響
      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
      圖5黏度與剪切速率的關系曲線 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 /(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 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 對打漿度的影響
      歸因于所形成的絮體小且密實, 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,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,其 FPR相對于空白提高了 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 鏈又以共價鍵連結了相當長度 的PAM,發揮了電荷中和和吸 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 濾能力強于CPAM。 2.2共聚物的增強效果
      從表3看出,CGG不但沒 有助留效果,而且對紙頁的抗張 指數貢獻很小。而3種分子量的 CGG-g-PAM均能較大幅度提 高紙頁的強度,尤其是中等分子 量的CGG-g-PAM2,當用量為 0.08% ,使抗張指數增加11.8% , 裂斷長增加11.8% ,撕裂指數增 加24.1 %。而實驗所用的CPAM 用量在0.2%時對抗張指數及裂 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種產品的動力黏度不 斷降低,但只有CGG-g-PAM2 的變化速率最小,說明CGG-
      g-PAM2的耐剪切性能優于
      450 
      5001 0001 500 2 000
      剪切速書/ S-1
      CGG 和 CPAM。
      3結論|
      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 紙的抗張指數比空白增加 11.8% ,裂斷長增加11.8% ,撕 裂指數增加24.1%。接枝共聚 物的耐剪切能力優于CPAM和 CGG,因而適用于髙速流送的 紙機系統。
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