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在造纸行业中,用废纸造纸可大幅度降低排放负荷,节约原料,是循环经济的具体典范。随着高速、大型、智能等现代造纸技术的发展,废纸造纸对功能助剂的依赖性越来越高。然而,随着不可再生资源的短缺和环境的要求,传统的化石基造纸功能助剂越来越难以适应,新型的生物基造纸功能助剂及多元复配生物基助留助滤体系成为现代造纸技术发展的必然需求和研究热点,这对解决造纸生产系统中的助剂资源可再生和可降解等方面的问题具有重要意义。本课题是国家科技支撑计划课题(2013BAC01B03)—“生物质基废纸再生环保助剂的研制及应用”内容的一部分。根据项目的宗旨及对市售生物基助留助滤剂的系统探讨表明,阳离子瓜尔胶(CGG)是一种优良的生物基造纸助留助滤剂,适合进一步研究。因此,本论文以瓜尔胶为基材,采用有机溶剂法对其阳离子化工艺进行优化,通过单独或复配应用于废纸造纸湿部系统,研发适用于废纸造纸湿部系统的环保型助留助滤体系,并在较优的合成工艺下对CGG进行放大实验生产,为其工业化提供理论依据。本文以瓜尔胶原粉为底物,乙醇为分散介质,探讨了有机溶剂法制备CGG的影响因素。以取代度、Zeta电位、反应效率等指标对其进行表征,优化出CGG的最佳合成工艺:碱用量2%,乙醇浓度70%,液比1:3,反应时间2h,反应温度60℃,醚化剂与瓜尔胶摩尔比1.0。在此条件下可获得取代度0.39的CGG。对其结构进行红外谱图分析,证实了醚化反应的发生。将合成后的CGG应用于废纸浆湿部体系,结果表明:CGG取代度越高,对废纸浆的助留助滤效果越好。超声波助溶能有效改善CGG的使用性能。当取代度0.392的CGG用量为0.5%时,浆料体系Zeta电位为-6.8m V,固形物留着率和填料留着率达到最大,分别为95.7%、87.3%。较空白样分别提高了14.1个百分点和68.5个百分点,打浆度下降18oSR。与传统的PA(聚胺)、PAC(聚合氯化铝)比较显示:低分子质量的壳聚糖季铵盐(HACC)较传统的PA、PAC而言,是一种有效的生物基阴离子垃圾捕集剂(ATC),对阴离子垃圾捕集效果明显,当用量为0.1%时,能有效去除废纸脱墨浆中70%以上的阴离子垃圾,且纤维表面Zeta电位变化较小。此外,HACC因其独特的多羟基、胺基结构及对纤维的直接性,能有效固着残余油墨和细小组分于纤维表面,减少湿部沉积物。而较高分子质量的2#HACC较1#HACC更适合用作ATC,与PA、PAC等相比,能有效地降低阴离子垃圾对成纸物理性能和造纸机运行性能的负面影响。HACC的加入能够改善废纸浆湿部体系的化学环境,与CGG组成的二元体系,在总用量相同的条件下,较CGG单元体系对浆料Zeta电位和细小组分留着率贡献更大,证实了阳离子助留剂加入之前,加入ATC的必要性。CGG与低分子量HACC及阴离子微粒如Si O2、大豆蛋白、膨润土组成微粒助留助滤体系的研究显示:CGG与膨润土微粒组成的微粒助留助滤体系较其它微粒体系助留助滤效果理想,当0.1%HACC+0.3%CGG+1.0%膨润土配合使用时,细小组分留着率高达68.9%,打浆度下降24.50SR。Si O2微粒体系对助留作用贡献有限,但能有效改善浆料的滤水性能,未改性的大豆分离蛋白,使用效果不佳。市售高取代度阳离子淀粉(HCS)取代度越高,对浆料体系Zeta电位贡献越大,助留效果越好;选取市售取代度(DS)为0.14的HCS与阴离子微粒配合使用表明,HCS用量与微粒用量的大小,均是影响细小组分留着率的重要因素,随其用量的增加,助留效果增加;HCS与膨润土配合使用的效果优于HCS-Si O2体系,当0.1%HACC+0.8%HCS+1.2%膨润土配合使用时,细小组分留着率高达72%,打浆度下降20.50SR。对CGG和HCS复配的膨润土微粒体系研究发现:0.1%HACC+0.1%CGG+0.6%HCS+1.2%膨润土或0.1%HACC+0.2%CGG+0.4%HCS+1.2%膨润土,两种不同的配比,细小组分留着率相当,为71.5%,打浆度分别为24.50SR、220SR(空白为46.50SR)。可见达到相同的细小组分留着率,HCS的加入能够降低CGG的用量,CGG用量的增加能够改善纸页的滤水性能。此外,最优的CGG、HCS、CGG+HCS微粒体系与华泰纸业现有助留助滤体系(细小组分留着率为72.6%,打浆度为230SR)相比,生物质基复配微粒体系能与其相媲美。在较优的湿法合成工艺条件下,对CGG的制备进行放大实验表明:扩大50倍合成的CGG与小实验相比,放大实验的产品取代度较小实验略高,Zeta电位相当,说明实验室获得的合成工艺具有很好的再现性,可行性较高。