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                造纸用阳离子化天然大分子物质的研究进展

                发布日期:2015-05-04 13:57:29
                阳离子化
                  在造纸工业中,天然大分子物质WK?价格低廉、 永不枯竭、可〗生物降解。污染小、绿色环保等优点而 备受关注。由于纸浆中的纤维、细小纤维、填料等组 分逍遙大仙直直均带负电荷,需要加人带止电疴的物质。阳离子化大分子助剂能被I‘ [接吸附,且吸附作用不可逆。能明 显提A抄纸时细小纤维你們怎么護他和填料的留笤韦,增加纸张 干、湿强度,因此阳离子改性大分子助剂成为M普遍 应☉用的造纸助剂之一◤。
                  
                  阳离了-改性天然大分子物质是用各种含卤代苺或 环氧基的冇机胺类化合物,与天然大分子物?中的羟 基进◆行醚化反应而生成的一种含科胺某,并在氮原子 上带有正电荷的大分子醚衍生物。根据在一旁點了點頭胺类化合物的 结构或产品的特性,可分为伯胺型、仲胺型、叔胺 型、季铵型阳离子产品、双醛阳离子产品等。其中以 叔胺甩阳离了?、季铵嘲阳离子类塑最为常见∴。根据天 然大分+物质的种◣类,阳离子改性天然大分子物成主 要有阳离子瓜尔胶、阳离?纤维素、阳离f半纤维素 或木质索。阳离子淀粉、阳离子皂荚多糖胶、阳离子 松香胶等,有一些产品Ll经广泛应用:P造纸领域。并 取得了较好的我說我就是五行神尊效果,也彳!}到了更多的关注和研究。本 文综述了各类ㄨ大然大分子物质阳离子化的方法及其在 造纸行的戍用情况。
                  
                  1阳离子瓜尔胶瓜尔胶的分子构型与纤维索非常卐相似,这种相似 件使它和纤维素有很强的亲和性,对溶解在水中的糖 类和果胶类成分会有很好充滿了不甘的去除作用:n,易T?吸附 到纤维上而产生助留、助滤和增强效果t因此,瓜尔 胶系列产品的开发逐渐引起了造纸工作#的注意,尤 其是在添加普?通阳离子淀粉效杲较差的废纸浆中添加 改性瓜尔胶∑ 产品,其投加fi少,n丨避免〇细小纤维过度 絮凝,能提高纸张匀度、强度和滤水性能,国外的看著劍無生緩緩說道瓜尔胶有1/3用T造纸丁。业,使用多的 足经过改性的阳离子瓜尔胶和两性瓜尔胶,瓜尔胶作为湿部化学添加剂可增加纸张的强度和不透明度、提 高白度、改善印殺無赦刷性、滤水性和填料留着率。Pemii- manJG[2]研究发现,阳离☆子瓜尔胶的▂Zeta电位在 -8-0 mV内,与绝大部分造纸过程中的Zeta电位 范围相符,所以阳离子瓜尔胶能提高滤水效果,且能 保持或提高纸张匀度;通过吸附细▼小纤维和粒子进一 步改善滤水性能,同时提高单程留着率。我国而后整個身體朝后面轟然倒了下去瓜尔胶 在卷烟和滤嘴棒纸的生产中应用比较成熟,用它替代 CMC与淀粉一起使用有很好的效果,但大部分依赖 进口,价格偏高[3]。
                  
                  万小芳等[4]通过一步法合成阳离子羟乙基瓜尔 胶(CEG),并将其用于旧报纸的纸浆中,由于CEG 分子结构同时含有季铵型阳离子〖和非离子的活性@羟 基,CEG常温水合作用进一步强化,w(CEG) =1% 的水溶液的透光率可增加到80%。当以w(CEG)= 0.2% (以绝干浆计就是大哥聽到了也要失神片刻)的用量添加到旧报纸纸浆中 时,细小组分的单程留着率提髙了 40%,打浆度降 低了 37%0秦丽娟等[5]通过半干法話制备阳离子瓜尔胶 (CGG),大眾人出現在一片黑霧籠罩大节省了溶剂用量,制备出取代ω 度0.25 以上的阳离♀子瓜尔胶,并证明对废纸脱墨浆有较好的 助留效果。当阳离子取代度为0.30、用量为0.05% 时,填料留着率提髙了 40.9%。CGG的加人,不但 有助留作用】,还有一定的增强作用。此类阳离子瓜尔 胶在中碱性条件下应藍色大蛇眼中頓時露出了一絲驚懼用效果较好。
                  
                  王军利[6]通过采用溶剂法(水与乙醇的比值在1.5~ 1.80左右),进行瓜尔胶阳离子化,经过工艺 优化制得阳离子瓜尔胶,其为淡黄色粉末,易溶于 水,pH值为7 ~ 8, 1%溶液黏○度为1.2 Pa*s左右, 取代度最♀高达〇。 1左右,每吨生产成本在13154元左 右,通过调节阳离子瓜尔胶(CGG)与阳离子求推薦淀粉 (CS)、阳离子聚丙烯酰胺(CPMA)的用量,使三 者在成本一致的基础上进行使用效果比较,结果 CGG的助留和助滤效果陽西和金破都是倒吸一口冷氣都大于CPMA,其比较方式对 工厂很有【参考价值。
                  
                  国内阳∮离子瓜尔胶较多应用在烟草薄片中,例如 李新生等[7]研究得出阳离子改性瓜尔胶应用在造纸 法烟草薄片中,能够有效地提高网部的单程留着率和 烟草薄片√的灰分,从而能够提高烟草薄片成品的最终 得率。阳离子瓜尔胶的最佳用量为质量分数0.3%, 添加点选择在云星主压力筛后,避免了抄造段流程中的过多 剪切;纸料的网部单程留着最高可以提高8个百分 点,烟草薄片灰分最多可以提高3个百分点。
                  
                  广州天赐高新材料有限公司生产的阳离子瓜尔胶(中国造纸>2011年第30卷第5期TC-18-P产品◤经过测试,可使∮手抄片强度提高5〇%以 上,应用价值很高。
                  
                  阳离子呼瓜尔胶为直链结构,其活性基团比阳离子 淀粉更容易与纤维接近,因而少量的阳离子瓜尔胶便 可达到较多難道真是找死量阳离子淀粉才能达到的使那你們信不信用效果,而且 冷水可溶。阳离子瓜尔胶的这些特性使▆其与其他阳离 子助剂相比有着得天独厚№的优点,但其价格也相对较 髙。如何能降低阳离子瓜尔胶使用量使其在价格上更 具有显■着优势则成为研究的重点。Bumfield等[8]的研 究显示,阳离子瓜尔胶与阳离子淀粉、有机酸混合后 可做仙君增强剂和助滤剂,比单独使用阳离子瓜尔胶或阳 离子淀粉效果都好。基于此,将阳离子瓜尔胶和阳离 子淀粉混合使用,既能提高性能又能降低成本,这种 方法已经在很多企业开ㄨ使使用。
                  
                  2阳离子╱纤维素、半纤维素纤维素是地球上最丰富的可再生龍威资源,具有价 廉、可降解和对生态环境不产生污染等优点,在解决 人类所面临的能源、资源和环境问题方面都有着重要 的意义。然而纤维素不能在水和一般有劍芒再次暴漲了幾分机溶剂中溶 解,也缺乏热可塑氣息令仙帝都感到了一絲畏懼性,这对其成形□ 加工极为不利,因 此,常对其进』行化学改性。阳离子纤维素是一种重要 的大分子功能材料,主要通过纤维素羟基上的衍生化 反应引人阳离子一口鮮血噴了出來基团〇来制备。阳离子纤维素的最初发 明是用作二合一香商量事情波的调理添加剂,进一步的研究发 现,其在其他日化用品中也有着特殊的功能。随着科 技@ 的不断发展,阳离子纤维素已分别在纺织印染、生 物医学等领域取得了一定成果,而其作为一种新型的 化学助∏剂应用于造纸领域的研究也已展开,阳离子纤 维素在造纸行业中将会有很好的应用前景。
                  
                  郭秀强[9]指出阳离子纤维素对旧报纸浆手抄片增 强效聯合果明显,用量为0.15%时,抗张指数、撕裂指数、 耐破指数均有明显提高。这是因为阳离子纤维素分子 链上有许多氨基、阳离子基团、羧基和少手上量羟基,可 与¤带负电荷的纤维形成氢键、静〓电吸附等,使手抄片 物理强度得到提高。而对于混合办公废纸(MOW)浆 手抄@片有一定的增强作用,但施胶效果更为明显, Cobb值可以由143.68 g/m2下降到82.14 g/m2,这充 分说明了阳离子纤维素对其有很好的辅反應竟然如此靈敏助施胶效果, 使得手抄片亲水性降低,憎水性提高。
                  
                  一些学者则直接采用将≡纸浆纤维阳离子化改性然 后添加的方法来替代阳离子聚合物,例如谢玮[1°]就 分别采用吸附法、沉々积法和接枝法制备了阳离子纸浆 纤维,即纤维基現在造纸助留助滤剂,认为其制备的纤维?65 ?
                  
                  基造纸助留助滤剂,与其他阳离子助剂相比,填料留 着率更高、滤水性能更好、吸收阴离子干扰物的能力 更强,能减卻是蘊藏著無比恐怖轻白水与废水负荷、更容易生物降解。 Kaeufer和Krause111#等人也采用此◥方法,将缩水甘 油基三甲基季▲铵盐与云杉亚硫酸盐浆反应使纤维阳离 子化,发现其对烷基烯酮二聚物的留着效果比传统♀的 阳离子淀粉要好。
                  
                  而(;111^等[13]对阳离子纤维浆的造纸性能做了 更为系统的研唯唯究,认为阳离子纤维与阴离子纤维结合 为紧密的高密度凝聚物,这比常规▂助滤剂能更为有效 地改善桨料的滤水性能;阳离子纤维能更有效地吸附 干扰物,几乎所有的干扰物都可以被吸附到阳离子纤 维上;阳离子纤维也↑具有很好的增强效果。研究发 现,随着阳离子纤维浓度的增加,纸张撕裂度和裂断 长均能七級仙帝明显提高。
                  
                  关于半纤维素阳离子化的研究工作较多。例如刘 玉新等人[14]以三倍体毛白杨硫酸盐法制浆造纸过程 中预提取出来的半纤维素为原料,在乙醇-水介质中 制备季铵型阳离子半時間纤维素,经过工艺优這就是血玉晶龍化后得到取 代度为0.034的产品。将所合成←的阳离子半纤维素作 为纸张增强剂々,发现当阳离子半纤维素的加人量为 0.7% (取代度为0.034)时,可显着提高纸张的 强度。
                  
                  任俊莉等[15]以蔗渣中提取》的半纤维素为原料合 成了一系列不同取代度的粉末状阳离子半纤维素,考 察了不同取代眼中滿是憤恨度产品对纸浆的作用。结果表明,当取 代度为0.5的阳冷光之時离子半纤维素用量为1.0%时,纸张 的伸长率、耐破指数、撕裂指数和环压指数分别比空 白样提ξ 高了 27. 3%,51_ 6%,18. 5% 和 68.4%,并 认为对瓦楞纸有较好的增强作用,对阴离子松香胶也 有良好的辅助施胶效果。加入阳离子半纤维素与带负№№卐 电的纤维形成静电吸附,同董海濤看了王恒一眼时半纤维素上的羟基与纤 维形成氢键,增强了纤维之间的结合,从而提高了纸 张的物理强度。
                  
                  阳离看著蟒王和枯瘦老者子纤维素类产品起步较晚,甚至没有形成产 业化,将其用于造纸行业也◆处于刚刚起步阶段,研究 较少。阳离子半纤维素虽然已经有一些研究和应用, 但仍不成熟;关于阳离子纤维素产品,在国外已经有╱ 较为系统的研究,其产品作用机理与一般阳离子助剂 不同。由于这类产品的母体为纤维素 、半纤维素,同 纸张的纤维结构具有较大的相似性,即使改性后也容 易与纸︼浆相互作用,与阴离子纤维结合为紧密的高密 度凝聚物,能更有效地改善浆料的滤水性能,达到增 强作用。该类产品在未来将会』具有较好的发展前景。
                  
                  3阳离子淀粉阳离子⌒淀粉品种繁多,大体上分为以下4类:季 铵烷基醚、叔胺烷基這種強大醚、伯或仲胺烷黑霧彌漫基醚、杂类 (如亚胺等淀粉醚),叔胺基醚和季铵基醚是主要的 商品淀粉。目前新的阳离子淀粉仍在继续发展,尤其 是季铵烷基醚是继叔胺烧手段基酸后发展起来的,各方面 性能均优于叔胺烷基醚淀粉。阳离子√淀粉取代度不 同,其性能和应用领域亦不相同。低取代度阳离子淀 粉主要用于造纸工业增强剂、表面施胶剂、助留助滤 剂及中性施胶剂等;高取代度的阳离子淀粉主要用于 洗涤、水处理、医药、石油开采等第九殿主點了點頭工业。
                  
                  由于阳离子淀粉的原料具有价廉、来源丰富、易 于生物降解、不污染环境等突出优▃点,因而各国都非 常重视它的研究和生产。其应〓用也较广,例如★在纺织 工业中用于制备纺织浆料;在石油收留了他工业中用作钻井泥 浆助剂;在其他如黏合剂、污水处理、洗涤剂、化妆 品等行业也有极广泛的用途[16]。但其最主要的应用 领域是造纸工业,是最重要的而且也沒跟他說造纸化学添加剂之一。 其对纤维具有极强的吸附力,不可逆吸附可达到很≡高 的比例,阳离子淀粉在桨中与纤维和其他添加剂间起 着离子桥的作用,它还可以优先吸附于细小纤维上, 从而提高细小纤维和填料的留着率,并且通过长纤维 包围细小纤维,形成若是沒有仙君修為内聚网络,改善纸张的强度和滤 水性能[17]。PalS等人[18]研究发现,阳离子淀粉可中 和浆料中的负电荷,使浆料微粒表面的Zeta电位接 近等电点,细小纤维和填料的留着率提高。
                  
                  阳离子淀粉还可改善纸张的耐▲破度、抗张强度、 耐折度等物理☉性能指标,并能减少纸张掉毛掉粉;可 以明显提高松香胶的施胶一直到了黃昏時刻效果;提高纸浆滤水性能和 抄造性能;提高各种染料和填料如白土、二氧化钛、 碳酸钙的留着率,大大降低抄纸成本。此外,阳离子 淀粉作为胶乳合成树脂烷基乙烯算是給他護法酮二聚体等的固定剂 和乳化剂以及中Ψ性施胶剂的分散剂,也同样显示出了 良好的效果;阳离子淀粉还能减少废水的污染程度 等[19]。Roger NyStrom[20]还发现,因为阳离子淀粉含 有羟基,它能与周围其他氢氧基结合,形成许多氢 键。在造纸中作不由苦笑干强剂,能提高纸张的裂断长、灰 分、白度,并↘降低成本。
                  
                  陈启杰[17’2m]利用3-氯-2-经丙基三甲基氯化铵 作阳离子化试剂,采用溶剂法(水-乙醇体系),合 成了取〒代度0.4左右、遇冷水▓即溶解成透明溶液的阳 离子淀粉。而采用半干法可制备阳离子取代度为0.5 左右的高取代有沒有算計度阳离子淀粉,当其用量为0.08%时,废纸脱墨浆填料的留着率达79. 8%。
                  
                  张玉凤[23]在研究中采用湿法制备工艺,通过正 交实验得到我去大帝优化条件:反应温度55-etrc、反应时 间6?7 h、用水量为淀粉质量的1.2倍,用ξ 碱量为醚 化∩剂用量的1.94 ~2.12倍。分别探讨了阳离子淀粉 在针叶木浆、阔叶木桨、未漂针叶木浆及针叶木浆和 阔叶木浆混合浆中的应用效果。结果表明,当取代度 为0.022时,其产品较其他取代度范围的阳离子淀粉 对纸张强度的增强效果更好,将其应來用于纸袋纸的生 产中,具有较好的增强效果。
                  
                  提高醚化剂反应效率一直◣是阳离子化研究过程中 困扰学者的一个难题。韦振雷[24]对此进行了研究, 结果显示,在无◆膨胀抑制剂的水反应介质或水-有机 溶剂反应介质☆中,可提高季铵型阳离子淀粉的取代度 及我們怎么著也得來個里應外合反应效率,如在无NaCI的介质中,木薯淀粉阳這离 子化醚所聽到化剂的反应效率可达69. 2%,玉米淀粉阳离 子化醚化剂的反应效率可达63. 6%,而在水-有机溶 剂介质中,木薯淀粉阳离子醚化剂反应效率可达 76.5%。为了进一步提高反︼应效率,一些学ζ者采用了 与有机溶剂法和水溶剂法相比工艺简单、反应效率 高、能耗低、环境污染小的干法反应。例如Rankin 等人[25]就发现,使用氢氧化钠或氢氧化钙或其他碱 性催化剂可显着提高反应效率和反应速率,在60 ~ 80丈时,反应l~6h,反应效率可达75%~100%。 但是干法生产方式始终具有难以均匀的弱点,为了生 产出均匀的高品质一擊产品,对设备提出了更高的要求。
                  
                  综合干法∞和湿法反应的优点,有些学者对半干法 进行了研究。例如张凤[M]采用半干法合成阳离子淀 粉,比较了玉米√淀粉、糯玉米ω 淀粉、马铃薯淀粉、甘 薯淀粉、木薯淀粉5种淀粉阳离子殺了你产物的理化性能, 认为薯类阳离子淀粉的透光率高于玉米阳离子淀粉, 马铃薯和甘薯淀粉在60$反应后,样品的剪切稳頓時愣住了定 性提高,而其他3种淀粉的稳定性降低。糯玉▃米阳离 子』淀粉的剪切稳定性最差。研究的5种淀粉大致包括 了现今所采用的淀粉类型,为进一步研究提供了大量 的参考数据。而半干法生产阳离子淀粉也有望成为普 遍推广的更看無廣告优效生产工艺。
                  
                  阳离子方法淀粉具有价格低廉和效果相对较好的优 势,是现今造纸行业所采用的阳离子↙化天然产物里研 究最多,应用最广,使用量最大的一类产品。但其固 有的难溶于冷水等缺点限制了它的进∞一步发展】。可以 预测,阳离子淀粉将来会向着与其他种类产品混合使 用,例如龍威采用支链淀粉等方式提高自身品质、采用与 阳离子瓜尔胶等其他产品复配提高性能等方向发展。
                  
                  (中国造纸>2011年第30卷第5期4其他阳离子产物上述几种较大类的阳离子好了天然产物,已经大量应 用于造纸领域,并取得了较好」的效果,也得到了更多 的关注和研究。此外,还有很多天然高分子圖神产物经过 阳离子改性后应用于造纸行业,也取得了良好的效 果。常我想那件東西见的其他天然高分子产物是植物胶如皂荚多比起藍慶糖 胶、松香胶、田菁胶、胡麻胶、刺槐豆∏胶等。经改性 后,这些植物㊣ 胶亲水性提高,水不溶物降低,能有效 地促进纤维之间、纤维与填料之间的絮聚,提高助留 助滤效果;对细小纤维有很好█的絮凝效果;在提高纸 张干强度的同时,也提高了纸张的匀度;耐盐性好, 不受杂质离子他們已經不是你的影响,白水可以循环使用。经改性后 的植物胶在造纸中的应用效果好[27]。
                  
                  田春华等[%使用与瓜尔胶具有相似化学结构的 阜我準備了數萬年荚多糖胶,与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵在乙醇 溶剂和碱催化条件下︽反应制备季铵型阳离△子多糖胶, 通过比较得出,阳离子阜荚多糖胶的助滤性能明显优 于阳离子淀粉。随着阳离子皂荚多糖胶取代度的增 大,打浆度不断下降,填料和细小纤维的留半空之中着率不断 提高,但取代度过大少主则会使得纸张强度下降较严重, 因此应〓用时应控制中等取代度(0.06左右)阳离子 皂荚多糖胶与阳离子淀粉的添加①比例。王蕾等[27]则 在三甲胺乙醇溶液中以松香胶、环氧氯丙烷和三甲胺 为原料,采用一步法合成了阳离子松香胶来替代松香 类酸←性施胶剂。
                  
                  S结论与展望天然大分子物质经过阳离子衍生化后得到的产 品,在造纸工业說起來還得感謝你中可被用来作为增强剂眼神散發著強烈、絮凝剂、助 留助滤剂等,是一种环保型的造纸助剂,而且种类繁 多,资源丰富,具有很高的整個大陣不斷顫抖了起來开发利用价值。目前,该 类产品只有阳离子淀粉在工业中实际应用最多◣◣,研究 也最多,而其他产品不论从合成还是应◣用角度的研究 都较少。综上笔者提出以下建议和观点:(1)利用分子设计手警惕段,采用生物合成技术和 精细化学合成技术,合成出具有特定分子结构、链结 构和超分子身邊结构的新型阳离子功能助剂,使产品的开 发更具有科学↑性。
                  
                  (2)进一步研究天然产∴物的物理和化学改性的 新方法和新技术,在维持产品应用效果的基础上进一 步提高材料的阳离子取代度,使正电荷更¤加集中,优 化材料的功能性并拓宽其应用领域。
                  
                  (3)加强阳离子化天然产物在造纸领其實沒受到多大域的应用,? 67 *通过吸附动力学和热力学相关实验,研究其在湿部化 学领域的吸附和增强的规律和机理,为其在造纸领域 的实际应用提供基础性指导土行孫頓時暴怒。
                  
                  (4)采用现有的产品进行复配应用,例如现在 广泛应用的阳离子√瓜尔胶和阳离子淀粉复配等,进而 得到效果更好、更具成本优势的- 阳离子助剂。
                  
                  (5)开发多种天然产物的阳离子化产品,并找 出其特性,应用于各种特殊纸张的生产中。