介紹了一種新類型造紙助劑--瓜爾膠及其改變化學性質產物,揭示了其內在的分子結構特點及行為特性,并闡述其性能優越的根本原故。實驗表明,它能適應現代企業零排放的規定,在增大紙頁留著和濾水的同時能維持或提升紙頁勻度,是那種前景廣闊的綠色環保助劑。
關鍵詞:紙張助劑;瓜爾膠;陽離子瓜爾膠;助留助濾 瓜爾膠,英語名為“guargum”,是從廣泛種植技術于印巴次大陸的一類豆科植物--瓜爾豆中獲取的一種高純化天然多糖。
出于其特有的分子結構性能及天然無害性,讓其高效變成特性卓越的新類型綠色環保紙漿助劑;與此同時它還被廣泛應用于食物、石油、藥品等層面。瓜爾膠就分子結構來說是一類非離子多糖,它以聚甘露糖為分子主鏈,D-吡喃甘露糖單元相互之間的以β(1-4)苷鍵連合。而D-吡喃半乳糖則以α(1-6)鍵連接在聚甘露糖主鏈上。
瓜爾膠中甘露糖與半乳糖單元之摩爾比為2∶1,即每隔一甘露糖單位連接著一種半乳糖分叉。
文獻中報道,瓜爾膠的分子量在220000左右。瓜爾膠分子的最好特點也即最高優點便是與纖維素布局極其類似,這種相似性使它對纖維素有極強的親和性,稱之為立刻性(substantivity)。瓜爾膠的最初發生是當作刺槐豆膠(Locustbeangum)的替代品而發生的。
在此之前,刺槐豆膠被普遍應用于工業生產并造成了需求緊張。后來研究證實,雖然瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳糖甘露糖,但兩者在化學組成和行為上有著明顯的分辨。
刺槐豆膠要滿足最高粘度需要很高的溫度水煮,而瓜爾膠在冷清水就能水化?；瘜W構成上,刺槐豆膠平均每4個甘露糖單位才有1.5個乳糖支鏈。
于是瓜爾膠分叉單元數為刺槐豆膠的兩倍。而這被認為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化和氫鍵組合活性更大的主要原因。除此之外,瓜爾膠的造價僅是刺槐豆膠的一半。
瓜爾膠直鏈上沒有非極性基團,大部分伯羥基和仲羥基都處在外側,而且半乳糖支鏈并沒有蓋住活潑性質的醇羥基。所以瓜爾膠具備最大的氫鍵組合面積,當與纖維結合時,完成的氫鍵組合距離短,結合力大。
為賦予瓜爾膠更好的使用性能,通常對瓜爾膠原粉持續化學改性。瓜爾膠的改性主需要有兩個方向:一是在分子鏈上引進陽離子極性,從而實現些許的正電性。如用季銨鹽3-氯2-羥丙基氯化銨與瓜爾膠原粉在有機溶劑中醚化化合反應變成陽離子瓜爾膠。這些帶正電的改變化學性質瓜爾膠便可以與帶負電的纖維、增量劑電荷相互作用因而提高原有的助留、助濾和增強成效。
另一改性方向應是設法增長瓜爾膠分子鏈的長度,增大其分子量,因而增強其架橋貫串能力。
陽離子瓜爾膠在冷清水可溶,這與陽離子淀粉對比是一個很大長處。
同時,非常多淀粉分子完成螺旋狀結構,而瓜爾膠分子則完成直鏈構造。
因而瓜爾膠的活潑性質極性比陽離子淀粉更容易與纖維接近,因而適量的陽離子瓜爾膠便也許滿足較多量陽離子淀粉方可成功達到的應用效應。當今,聚丙烯酰胺和改性淀粉普遍應用于造紙中的助留助濾劑。但其作用只可滿足一定程度。
它們在增加濾水的與此同時可可以使纖維極度凝聚,因而減低紙頁勻度和硬度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時,能夠增強紙頁密度,降低灰斑形成并增大紙頁勻度。但它的缺陷應是引起濾水難題,從而降低了產能或增強了干燥部負荷。
而經由化學改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在很大程度上克服了這一弊病。
測驗發覺,這些改變化學性質的瓜爾膠能夠在提升提高紙頁濾水的與此同時保持或提高紙頁勻度;經過附著微細纖維和粒子能夠更多提高濾水,與此同時提高一回留著率。
而在過去,這兩方面都是互斥的。因陽離子瓜爾膠的有效性關鍵決定于它與纖維的相合性(即立刻性),因此它并不與“陰離子垃圾”反應。鑒于這一點,陽離子瓜爾膠在黑液的存在下仍能有效地顯現效果。相比新聞紙、未漂硫酸鹽漿、廢紙張等包含很多雜質的漿料,緊隨緊閉水循環的傳播,陰離子垃圾的積聚將明顯增加。
這則會造成很多守舊的造紙助劑如陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去效果效果。陽離子瓜爾膠能夠有效地克制這方面。
分析實驗發覺,陽離子瓜爾膠在Zeta電位從-8mV到0mV范圍之內成效最佳。該Zeta電位界限與絕大部分造紙進程相吻合。國際對瓜爾膠作為造紙加強劑、助留助濾劑、絮凝劑、打漿增粘劑等層面都進行了深切的實驗。好多成果應用于造紙實踐中。
Lindstrom和Soremark將高分子助劑被漿料吸收并發揮作用的進程分成三步: ?、僦鷦┏叻肿訌脑噭┫蛟噭?纖維界面遷移; ?、诖┻^界面; ?、壑鷦┏叻肿优c纖維從新組織散布并且在外表形成氫鍵組合。
?、诨颌凼菦Q定性順序。