陽離子瓜爾膠-丙烯酰胺接枝共聚物cgg-g-pam對桉木漂浮硫酸鹽漿的助留助濾特性

陽離子瓜爾膠-丙烯酰胺接枝共聚物cgg-g-pam對桉木漂浮硫酸鹽漿的助留助濾特性

天然瓜膠（gg）具有可生物降解、無毒性和切割強(qiáng)度的優(yōu)點。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(jīng)過化學(xué)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(xì)小纖維的留著率與濕紙頁的濾水性,從而提高紙機(jī)車速。雖然達(dá)到期望的紙頁強(qiáng)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(yè)中的應(yīng)用。聚丙烯酰胺(PAM)作為最普通的干強(qiáng)劑,其平均分子量從幾千到幾百萬不等。通常,高分子量(百萬范圍)的帶電荷PAM在造紙工業(yè)中主要作為助留劑,相對低分子量的PAM則用作干強(qiáng)劑。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(dāng)改善耐剪切性。因此,擬通過分子設(shè)計,在CGG的剛性甘露糖主鏈上接枝適度數(shù)目和長度的PAM側(cè)鏈,以促進(jìn)兩者綜合性能的發(fā)揮,同時降低陽離子瓜爾膠用量。1實驗1.1實驗原材料1.1.1lg-1酰氯的合成CGG實驗室自制,特性黏度9.32dL·g-1。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(fā)劑濃度,得到不同分子量的產(chǎn)品,聚合參數(shù)見表1。1.1.2提高到產(chǎn)品的纖維含量漂白桉木硫酸鹽漿板用Valley打漿機(jī)使打漿度提高到46°SR,漿料灰分0.13%,細(xì)小纖維含量20.6%。其中打漿度和細(xì)小纖維含量的測定分別依照T200om-89和T261cm-94。1.1.3其他化學(xué)品CPAM,特性黏度7.61dL·g-1,聚合氯化鋁(PAC)。1.2實驗方法1.2.1絕干漿含絕干漿的濃度將一定量的濕漿置于標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)pH≈7的同時用NaCl控制體系的電導(dǎo)率為(2000±20)μs·cm-1,漿料的溫度為(27±1)℃。1.2.2纖維原料的動態(tài)濾水儀ddj漿料的濾水性能通過打漿度來反映,其實驗方法參照GB/T3332-2004。實驗采用Electro-Craft?MotomaticⅡ動態(tài)濾水儀(DDJ)來測量細(xì)小纖維和填料的首程留著率(FPR)。把處理好的漿料倒入DDJ,設(shè)定轉(zhuǎn)速為750r·min-1,濾液的收集采用TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T261cm-94。細(xì)小纖維的FPR利用HACH2100P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(jìn)而計算出不同濁度濾液中細(xì)小纖維的濃度,根據(jù)公式計算FPR。填料的FPR則根據(jù)T261cm-94中的重量法求得。1.2.3漿料的填充物對tapp的影響為了研究CGG-g-PAM對成紙性能的影響,用配好的漿料分別在TAPPI標(biāo)準(zhǔn)成形器上抄造加填量為0和20%紙樣,其實驗方法根據(jù)T205om-88。抄好的紙樣在23℃和50%RH條件下平衡水分24h,測定抗張和撕裂強(qiáng)度。1.2.4流變能將樣品配制成1%水溶液,用AdvancedRheometer(AR550)測試不同剪切速率時的黏度。2結(jié)果與討論2.1接枝共聚物的助留容量2.1.1接枝聚合物添加量對纖維細(xì)度的影響由圖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CGG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(xì)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(jī)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(jìn)細(xì)小纖維成團(tuán)沉降,從而實現(xiàn)高效的留著。當(dāng)PAC和CGG-g-PAM3的用量分別為0.4%和0.08%時,和空白相比FPR提高了88.2%,再增加PAC和CGG-g-PAM3用量,FPR上升幅度較小。2.1.2分子量對cgg-g-pam2過濾性能的影響研究了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(cè)鏈長度增加,加入到紙漿懸浮液中,以圈或環(huán)的形式自由展開,吸附或網(wǎng)住表面積很大的細(xì)小纖維,使它們絮聚起來,分子量越大,能夠網(wǎng)住更多的細(xì)小組分,留著率提高,所以CGG-g-PAM2其效果優(yōu)于CGG-g-PAM1,見圖3;但是當(dāng)分子量進(jìn)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(xì)小纖維難以有效地絮聚,因此較高分子量的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(guī)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。2.1.3cpam用量對填料吸附效果的影響從表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相對于空白樣提高86.7%,打漿度下降了45.8%,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(cè)鏈又以共價鍵連結(jié)了相當(dāng)長度的PAM,發(fā)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(qiáng)于CPAM。2.2gg-g-pam用量從表3看出,CGG不但沒有助留效果,而且對紙頁的抗張指數(shù)貢獻(xiàn)很小。而3種分子量的CGG-g-PAM均能較大幅度提高紙頁的強(qiáng)度,尤其是中等分子量的CGG-g-PAM2,當(dāng)用量為0.08%,使抗張指數(shù)增加11.8%,裂斷長增加11.8%,撕裂指數(shù)增加24.1%。而實驗所用的CPAM用量在0.2%時對抗張指數(shù)及裂斷長的增加非常有限。2.3耐剪切性能對比由圖5可見,隨著剪切速率的增加,3種產(chǎn)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(yōu)于CGG和CPAM。3接枝聚合物CGG-g-PAM能顯著提高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(shù)比空白增加11.8%,裂斷長增加11.8%,撕裂指數(shù)增加24.1%。接枝共聚物的耐剪切能力優(yōu)于CPAM和CGG,因而適用于高速流送的紙機(jī)系統(tǒng)。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