瓜爾膠及其衍生物的在造紙行業(yè)的應(yīng)用瓜爾膠

1、瓜爾膠及其衍生物的在造紙行業(yè)的應(yīng)用瓜爾膠近年來，隨著環(huán)境愛護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們逐步把注意力轉(zhuǎn)移到一些天然產(chǎn)物的研究上。瓜爾膠這一天然高分子化合物，由于其專門的分子結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)特性而易于被化學(xué)改性，使它成為一種專門有潛力的新型環(huán)保助劑，在造紙、日用化學(xué)品、食品、石油鉆探、醫(yī)藥等工業(yè)應(yīng)用極其廣泛。1 瓜爾膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)瓜爾膠主鏈由（1,4）-B-D-甘露糖為單元聯(lián)接而成，側(cè)鏈由單個(gè)a-D半乳糖組成并以（1,6）鍵與主鏈相接。瓜爾膠就分子結(jié)構(gòu)來說是一種非離子多糖，它以聚甘露糖為分子主鏈，DT比喃甘露糖單元之間以8（1,4）苜鍵連接。而DT此喃半乳糖則以a（1,6）鍵連接在聚甘露糖主鏈上。瓜爾膠中

2、甘露糖與半乳糖單元之摩爾比為1.52：1,即每隔一甘露糖單元連接著一個(gè)半乳糖分支。瓜爾膠因來源不同分子量約為100萬200萬。從支鏈的半乳糖來看，有四個(gè)羥基均能夠參與酯化或醒化反應(yīng)，考慮到空間的位阻效應(yīng)，羥甲基中的伯羥基反應(yīng)活性最強(qiáng)，此外甘露糖的羥基也有一定的反應(yīng)活性。這種特性與那些無分支、不溶于水的葡甘露聚糖有明顯的不同。瓜爾膠是水溶性最好的天然高分子化合物之一，水溶性具有專門高的粘度，1%的水溶液的粘度約為40006000mPas。水溶液呈假塑性，沒有屈服應(yīng)力，是典型的纏繞的生物聚合物性質(zhì)。瓜爾膠的最初顯現(xiàn)是作為刺槐豆膠的替代品而產(chǎn)生的。后來研究證明，盡管瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳糖甘露糖

3、，但二者在化學(xué)組成和行為上有著明顯的區(qū)別。刺槐豆膠要達(dá)到最大粘度需要高溫水煮，而瓜爾膠在冷水中就能夠水化?；瘜W(xué)組成上，刺槐豆膠平均每4個(gè)甘露糖單元才有1.5個(gè)乳糖支鏈。因此瓜爾膠分支單元數(shù)為刺槐豆膠的2倍。而這被認(rèn)為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化和氫鍵結(jié)合活性更大的要緊緣故。2 瓜爾膠的衍生物然而天然的瓜爾膠存在不能快速溶脹和水合，水不溶物含量高，熱穩(wěn)固性較差，易被酶和細(xì)菌分解等缺陷。因此需要對(duì)瓜爾膠進(jìn)行改性，形成新的衍生物，克服天然瓜爾膠的缺點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用。瓜爾膠的衍生物要緊有：陽離子型瓜爾膠、陰離子型瓜爾膠、非離子型瓜爾膠、兩性型瓜爾膠、接枝共聚瓜爾膠以及交聯(lián)改性。瓜爾膠分子的最大特點(diǎn)也即

4、最大優(yōu)點(diǎn)便是與纖維素結(jié)構(gòu)專門相似，這種相似性使它對(duì)纖維素有專門強(qiáng)的親和性，稱之為直截了當(dāng)性。瓜爾膠直鏈上沒有非極性基團(tuán)，大部分伯羥基和仲輕基都處在外側(cè)，而且半乳糖支鏈并沒有遮住活性的醇羥基、因而瓜爾膠具有最大的氫鍵結(jié)合面積，當(dāng)與纖維結(jié)合時(shí)，形成的氫鍵結(jié)合距離短，結(jié)合力大。為給予瓜爾膠更好的使用性能，通常對(duì)瓜爾膠原粉進(jìn)行化學(xué)改性。為了給予瓜爾膠更好的使用性能，需對(duì)瓜爾膠進(jìn)行化學(xué)改性，瓜爾膠的改性要緊有兩個(gè)方向：一是在分子鏈上引入陽離子基團(tuán)，從而獲得一定的正電性，這種帶正電的改性瓜爾膠便能夠與帶負(fù)電的纖維、填料粒子相互作用從而提高原有的助留、助慮和增強(qiáng)成效。與淀粉類助劑相比，陽離子瓜爾膠不需要糊化

5、，能夠直截了當(dāng)溶于水，同時(shí)由于其分子量處于中等（20萬200萬左右），在提高助留助濾成效時(shí)可不能產(chǎn)生過度絮凝，有利于改善紙頁勻度。王軍利等研究了陽離子瓜爾膠作為造紙濕部助留助慮劑使用時(shí)，用量1%（對(duì)絕干漿）、抄紙pH值接近中性的67范疇內(nèi)其成效較好，同時(shí)陽離子取代度增大，成效增加。另一改性方向是設(shè)法增加瓜爾膠分子鏈的長(zhǎng)度，增大其分子量,從而增強(qiáng)其架橋連接能力。Swanson研究說明，0.5%的分散刺槐豆膠加入漂白亞硫酸鹽漿能夠降低70%的打漿時(shí)刻并提高32%的耐破度，而瓜爾膠被認(rèn)為成效更佳。沒經(jīng)化學(xué)改性的瓜爾膠原粉盡管也能有效提高紙頁的強(qiáng)度，且有良好的助留作用，但卻使濾水困難，使干燥負(fù)荷增大。

6、經(jīng)改性的瓜爾膠能有效地克服這一缺點(diǎn)，改性的瓜爾膠要緊有陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性瓜爾膠和磷酸瓜爾膠，各種類型的瓜爾膠的要緊作用不同，用量也不同。陽離子瓜爾膠在冷水中可溶，這與陽離子淀粉相比是一個(gè)專門大優(yōu)勢(shì)。另外，許多淀粉分子形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，而瓜爾膠分子則形成直鏈結(jié)構(gòu)。因此瓜爾膠的活性基團(tuán)比陽離子淀粉更容易與纖維接近，從而少量的陽離子瓜爾膠便可能達(dá)到較多量陽離子淀粉才能達(dá)到的使用成效。當(dāng)今，聚丙烯酰胺和改性淀粉廣泛應(yīng)用于造紙中的助留助濾劑,但其成效只能達(dá)到一定程度。它們?cè)谔岣邽V水的同時(shí)可能使纖維過度凝聚，從而降低紙頁勻度和強(qiáng)度。天然瓜爾膠作為造紙助劑時(shí)，能夠提高紙頁強(qiáng)度，減少纖維絮聚提高

7、紙頁勻度。但它的缺點(diǎn)便是造成濾水困難，從而降低了產(chǎn)量或提高了干燥部負(fù)荷。而通過化學(xué)改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在專門大程度上克服了這一弊病。實(shí)驗(yàn)發(fā)覺，這些改性的瓜爾膠能在提高紙頁濾水的同時(shí)保持或提高紙頁勻度；通過吸附細(xì)小纖維和粒子能夠進(jìn)一步改善濾水，同時(shí)提高一次留著率，而在過去這兩方面差不多上互斥的。由于陽離子瓜爾膠的有效性要緊取決于它與纖維的親和性（即直截了當(dāng)性），因此它并不與“陰離子垃圾”反應(yīng)。鑒于這一點(diǎn)，陽離子瓜爾膠在黑液的存在下仍能有效地發(fā)揮作用。關(guān)于新聞紙、未漂硫酸鹽漿、廢紙漿等含有較多雜質(zhì)的漿料，隨著封閉水循環(huán)的推廣，陰離子垃圾的積存將顯著增加。這便會(huì)使得許多傳統(tǒng)的造紙助劑如陽離子聚

8、丙烯酰胺等失去作用成效。陽離子瓜爾膠能夠有效地克服這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)覺，陽離子瓜爾膠在Zeta電位從-8mV到OmV范疇內(nèi)成效最好。該Zeta電位范疇與絕大部分造紙過程相吻合。3 瓜爾膠在造紙行業(yè)的應(yīng)用國外有1/3的瓜爾膠用于造紙工業(yè)。使用最多的是通過改性的陽離子瓜爾膠和兩性瓜爾膠，瓜爾膠衍生物在造紙中的應(yīng)用耍緊分為漿內(nèi)添加、表而施膠和涂布涂料，目前三個(gè)方面都得到一定程度的應(yīng)用。漿內(nèi)添加是瓜爾膠在造紙工業(yè)應(yīng)用的最要緊的方面。作為濕部添加劑它可增加紙張的強(qiáng)度和不透亮度，提高白度和耐油度，改善印刷性、濾水性和填料留著率。國外對(duì)瓜爾膠作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑、助留助濾劑、絮凝劑、打漿增粘劑等領(lǐng)域都進(jìn)行了深入的

9、研究。由于瓜爾膠分子與纖維素分子結(jié)構(gòu)專門相似，因此它對(duì)纖維有專門強(qiáng)的親和力，即使在陰離子垃圾專門多的情形下仍能有效的吸附到纖維上發(fā)揮作用，故瓜爾膠廣泛應(yīng)用作造紙?jiān)鰪?qiáng)劑、助留助慮劑、分散劑、施膠劑等。漿內(nèi)添加明顯的優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)、助留助濾，并在助留助濾的同時(shí)能有效地堅(jiān)持紙頁的勻度，這是一樣傳統(tǒng)造紙助劑所不及的，它歸究于瓜爾膠能以強(qiáng)的微絮聚的方式，并象潤(rùn)滑劑一樣使纖維表面平滑，使纖維滑過時(shí)不纏結(jié)，或說它賦于纖維強(qiáng)的分散作用，同時(shí)能提高紙頁的透氣度。瓜爾膠的另一個(gè)良好的特性是能排除陰離子的干擾，這是因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)上與纖維素專門近似，這種相似性使得它與纖維有專門強(qiáng)的親和性，導(dǎo)致它與纖維有優(yōu)先的作用力，因而對(duì)再

10、生纖維紙漿值得提倡使用。目前助留劑、助濾劑、增強(qiáng)劑等各種助劑己廣泛地應(yīng)用于造紙工業(yè)，成為造紙的差不多處理劑。而較近時(shí)刻研發(fā)的天然助劑瓜爾膠的應(yīng)用，在一定的使用范疇已突現(xiàn)出它的優(yōu)越性能。其中陽離子瓜爾膠在黑液存在下仍能有效地發(fā)揮作用，能適應(yīng)造紙廢水零排放的要求。我國瓜爾膠在卷煙紙和濾嘴棒紙的生產(chǎn)中的應(yīng)用比較成熟，用它代替CMC與淀粉一起使用有專門好的成效、陽離子瓜爾膠也能夠與陽離子淀粉及合適的有機(jī)酸混合后作為增強(qiáng)和助濾劑，它比單獨(dú)使用陽離子瓜爾膠或陽離子淀粉成效都好、隨著現(xiàn)代造紙的進(jìn)展，適應(yīng)高速紙機(jī)、零排放以及環(huán)保的要求，這種天然的高分子造紙助劑必定會(huì)在現(xiàn)代化的造紙工業(yè)中發(fā)揮更大作用。使用瓜爾膠

11、作表面施膠劑，能夠增加紙張的抗水能力及表面強(qiáng)度，可減少膠印中紙張的掉毛現(xiàn)象；改進(jìn)印刷適性；增加紙張的可擦性，表而施膠可減少油墨的滲透，因而易于把油墨擦掉，增加了紙而的抗磨擦能力；增加紙張的強(qiáng)度，如耐破度、耐折度和抗張強(qiáng)度；減少紙張的兩而差和變形。通過生產(chǎn)實(shí)踐說明使用瓜爾膠能降低表面施膠生產(chǎn)成本，有效的解決提高灰分所引起的掉毛掉粉問題的同時(shí)，還能不同程度的改善提高紙張的平滑度、耐折度、表面強(qiáng)度。因此，瓜爾膠是在保證紙品質(zhì)量的前提下，提高灰分的最理想的表面施膠劑。可減少紙而氣孔，提高紙的抗脂性；提高紙張表面光澤度，表面強(qiáng)度和施膠度，減少掉毛掉粉，提高印刷質(zhì)量；具有良好的流變性和成膜性；增加紙張的挺度、平滑度、操縱卷曲。在涂布加工紙中，使用瓜爾膠產(chǎn)品的涂料具有機(jī)械及化學(xué)穩(wěn)固性好、流淌性和貯存穩(wěn)固性均佳、填充量大等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的粘結(jié)力和結(jié)膜強(qiáng)度。瓜爾膠的售價(jià)比市場(chǎng)上幾種丙稀酸類共聚淀粉更廉價(jià)，瓜爾膠既可單獨(dú)使用也可與聚乙烯醇、CMS和CMC復(fù)配互配并用，使成本降低35%以上。瓜爾膠能夠操縱和調(diào)劑涂料的流變性和顏料的分散性，提高涂料的固含量；增強(qiáng)涂料的保水性，防止涂料中膠粘劑的遷移；改善涂料的潤(rùn)滑性能，提高涂層質(zhì)量，延長(zhǎng)刮刀的使用壽命；具有良好的成膜性，改善涂層的光澤度；提高涂料中增白劑的保留率，提高紙張的白度。4 結(jié)語瓜爾膠及其衍生物作為一種天然高分子材.料，在紙張生產(chǎn)