塔拉胶的改性及在改善CTMP纸浆性能中的应用

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随着能源、资源和环境问题的日趋严峻,如何高效率地利用生物质资源,并由此获取多种高附加值的化工原料和产品,引起了科学研究工作者的广泛关注。作为环境友好型的造纸化学品,制备于植物来源的多糖胶可作为功能性助剂应用于造纸工业,获得增加纸页强度、絮凝细小组分、助留助滤等作用。由于天然多糖胶存在着若干不足之处,影响着其在造纸应用中的性能发挥。在本论文中,研究了一种新的植物来源的多糖胶—塔拉胶,探索了塔拉胶的改性,并且检验了改性塔拉胶应用于高得率纸浆的作用效果,为拓展其在造纸工业中的应用提供了基础数据。在本论文中,首先研究了所获得的塔拉胶的化学结构及其流变学特性,继而对塔拉胶进行了改性处理,采用了包括阳离子改性、阴离子改性和交联改性三种作用途径,探讨了塔拉胶的改性工艺,并对改性产物进行特性表征。同时,将改性后的塔拉胶应用于高得率纸浆,检验了改性塔拉胶提高浆料助留助滤性能及改善纸浆强度性能的效果。研究塔拉胶化学组成和特性的结果表明,塔拉胶多糖主要由甘露糖和半乳糖组成,同时含有少量的阿拉伯糖、葡萄糖及木糖,其中半乳糖和甘露糖的质量之比约为4.2:1。塔拉胶具有植物多糖类的通常特征,溶液的黏度随着浓度的升高而增加,表现出以黏度为主的性质,而且弹性易于受到外加剪切应力的影响。在频率小于80Hz时,胶液的黏性较强;大于80Hz时,胶液的弹性较强。改性研究的结果表明:制备季铵盐型阳离子塔拉胶宜将醚化剂与塔拉胶的质量之比控制在0.3,反应时间为3h,反应温度为60°C,NaOH与塔拉胶的质量之比为0.3。正交试验的结果表明:对产物取代度影响最大的因素是用碱量,其次是反应温度和醚化剂用量,反应时间的影响则相对较小。通过阳离子改性可使塔拉胶带上正电荷,并且正电荷密度随着取代度的提高而增加。红外光谱和核磁共振氢谱分析均证实了阳离子改性的成功。将季铵盐型阳离子塔拉胶应用于高得率浆(Chemithermal Mechanical Pulp-CTMP),所抄制纸页的强度性能得到提高,并且在中碱性条件下施用时效果更好。将季铵盐型阳离子塔拉胶应用于CTMP助留助滤的试验时,阳离子塔拉胶用量为0.4%及取代度较高时,助留助滤的效果更好。阳离子塔拉胶的助留作用不具有抗剪切的能力。比较不同助留助滤体系的作用效果时发现,阳离子塔拉胶与CPAM具有一定的复配效果。塔拉胶的阴离子改性的较佳工艺条件为:氢氧化钠与塔拉胶质量之比控制为0.3,碱化时间为30min,氯乙酸钠与塔拉胶的质量之比为0.4,反应温度控制在70°C,阴离子化时间为2h。红外光谱分析证实塔拉胶分子中引入了羧甲基基团。阴离子改性后的塔拉胶,透光率明显高于未改性塔拉胶。将阴离子塔拉胶应用于CTMP的浆内添加,对纸页强度有着一定的增强作用,在用量为0.3%时的增强效果最好。此外,阴离子塔拉胶的羧基含量为2.83%时,具有最好的增强效果。塔拉胶与硼砂有着良好的交联能力,交联物亦具有良好的抗剪切性能。Tara-B交联物带有负电荷,pH值对其电荷密度的高低有着直接的影响。Tara-B交联物对纸页有着较好的增强作用,添加量为0.3%时的增强效果最好。在用量较低的情况下,Tara-B/CPAM体系的增强效果优于Tara/CPAM体系。在CTMP中施加Tara-B交联物,对于助留助滤效果有一定的改善,亦即Tara-B/CPAM二元体系的助留效果明显优于Tara/CPAM。
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