随着市场竞争的加剧以及环境保护等方面的限制,纸厂一般加入助留剂来提高纤维和填料的单程留着率和纸机白水的循环利用。但目前普遍使用的聚丙烯酰胺易降解,阳离子淀粉、淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物易霉变、用量大。近年来,国内外对壳聚糖的开发利用非常活跃。本文通过Mannich反应[1]原理将聚丙烯酰胺与壳聚糖进行交联,制得一种壳聚糖-聚丙烯酰胺交联物(C.CAPAM)助留剂,该交联物将聚丙烯酰胺的助留特性和壳聚糖的增强特性结合在一起,发挥其协同作用,取得了良好的应用效果,为甲壳素的应用开辟了一条更广阔的途径。
1实验部分
1.1反应原理
利用Mannich反应,通过偶联剂将合成一定相对分子质量的APAM偶联到壳聚糖分子的氨基上,由于壳聚糖在酸性溶液中有较高的阳离子电荷密度,经过偶联接上阴离子的APAM后,从而使该助剂成为强阳离子-弱阴离子的两性分子特征,可概括为如下主要的反应:(1)APAM的合成反应:
1.2实验方法
1.2.1实验原料
聚乙烯硫酸钾(PVSK)、甲苯胺蓝、聚二烯丙基二甲基氯化铵(polyDADMAC)均由苏州钠尔科化学有限公司提供;滑石粉、硫酸盐麦草浆均取至咸阳造纸厂,硫酸铝为化学纯。
1.2.2阴离子聚丙烯酰胺(APAM)的合成
在装有搅拌装置的四颈瓶中加入一定量的丙烯酰胺、丙烯酸单体,搅拌让其溶解,通过氮气除氧15min,升温至80e,加入引发剂过硫酸铵,反应1h后,加入分子量调节剂,80e保温反应3h后得APAM.运用乌氏法测定其相对分子质量。
1.2.3C.C.APAM助留剂的合成
在有搅拌装置的三颈瓶中,加入一定量APAM,加入甲醛经羟甲基化反应3h后,加入壳聚糖溶液反应1h,调节pH值为5~6之间出料即为C.C.APAM助留剂。
1.2.4应用工艺
将浆料调至0.5%浓度,用硫酸铝调节pH至5.5依次加入助留剂、滑石粉,搅拌均匀后停放5min,在ZBT纸样抄片器上抄片,压榨压力为90kPa,3min,在105e真空干燥器中干燥。
1.2.5纸料的胶体电荷滴定方法[5]
纸料准备:0.5%浆料(咸阳造纸厂漂白硫酸盐麦草浆),20%填料,用硫酸铝调pH值为5.5,加入不同量的助留剂(助剂对绝干浆,下同);用滤纸过滤纸料,滤液直至无视觉可见浑浊为至;量取150mL蒸馏水于烧杯中,加入10mL滤液和10mL的polyDADMAC溶液;加入3~5滴甲苯胺蓝指示剂;在搅拌下,用PVSK溶液滴定直至颜色由蓝色完全转变为粉红色为止。消耗的PVSK溶液的体积的毫升数为/A0;用蒸馏水进行同样的操作,消耗的PVSK体积的毫升数为/B0;纸料的电荷计算公式为(单位为mEq/L);
纸料电荷(S.C)=(A-B)C/V
式中:C)PVSK的离子电荷浓液,mEq/L
V)试样体积,mL
2结果与讨论
2.1助留剂的物化性能
助留剂为淡黄色粘稠状液体,pH值5.5~6.0,有效物4.0%(wt),强阳离子-弱阴离子型两性分子,粘度0.55~0.65Pa#S,可存放半年以上。
2.2C.C.APAM助留剂对纸料系统电荷性状的影响
胶体电荷滴定是确定纸机湿部纸料电荷特性的有效方法之一,根据理论和实际经验,在纸机湿部系统中,理想的纸料电荷状态是保持整个系统的电荷在零左右,此时,细小组分留着、纸页的成型均达到最佳状态。在不同的助留剂加入量的情况下,纸料的电荷变化情况见图1所示,从图1可看出,该助留剂具有较强的阳离子电荷,当助留剂用量在1.0%左右时,溶
液的电荷接近为0,当助留剂用量再增大是体系的电荷转变为阳离子,此时,纸料系统的絮凝状态又会变坏。所以,该助留剂的最佳用量应为1.0%~1.2%.
2.3C.C.APAM助留剂加入量对纸页定量的影响
在纸料用量一定的情况下,纸页的定量随助留剂用量的增加而增加,大约在1.0%~1.2%时,纸页定量达到最大值。见图2所示。在浆料准备同前的情况下,助留剂加入1%时的纸页各种物理强度和灰分见表1所示。
214C.C.APAM助留剂的助滤效果测定
本文采用肖氏打浆度仪测定浆料的打浆度来间接衡量加入助
留剂后纸料的滤水性,浆料准备同前,结果见图3所示。说明该助
留剂既有助留作用又能提高纸料的滤水性。
2.5实际应用效果
该助留剂曾在陕西户县余下造纸厂的52g/m2、硫酸盐法麦草浆铝箔衬纸纸机上进行工业性实验,助剂加入量为110%(对绝干浆)时,定量由原来的52g/m2提高到54g/m2,纸页强度基本保持不变,打浆度由原来的35bSR下降至27bSR,生产系统正常。
3结论
3.1利用曼尼奇反应制备的造纸助留剂,具有典型的阳离子性,充分利用了聚丙烯酰胺和壳聚糖两种聚合物的特性。具有助留、助滤效果好,强度降低小,贮存稳定等特点。
3.2该种助留、助滤剂生产成本低,质量稳定,反应易控制,无三废等优点。
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