聚胺和高取代度阳离子淀粉控制废纸浆微胶黏物的作用行为研究

论文摘要

废纸浆利用比例的增加以及白水封闭循环程度的提高使得抄造系统中微胶黏物的含量逐渐增加,其沉积问题给纸机运行性能、纸品质量和纸张生产成本带来了诸多不良的影响。化学固着剂能将微胶黏物固定到纤维上,通过抄纸将它们带出抄造系统,是较为常用的微胶黏物控制方法。中碱性抄造条件下常用的化学固着剂中,聚胺(polyamine,PA)的性价比较为合理,而基于天然高分子改性而得的高取代度阳离子淀粉(highlycationic starch,HCS)固着剂,理论上与纸浆纤维以及溶解于浆料中的多糖类物质具有极好亲和性,因此可能具有独特的控制微胶黏物的性能,与微胶黏物作用后有可能继续作为增强剂,解决微胶黏物被固着到纤维后降低纸品强度性能的问题。因此,论文首先优化制备了不同电荷密度、不同分子量的聚胺产品,将其作用于废纸浆,结果表明:在适当的支链化剂用量下可获得电荷密度和分子量均为最大的聚胺,并且其控制微胶黏物的综合效果最佳;考察浆料液相ξ电位、胶体粒子粒度、阳离子需求量、浊度等的变化可作为快速评价、筛选聚胺类固着剂的有效方法。同时采用普通淀粉、直链淀粉和支链淀粉制备了具有不同分子构型、不同取代度、不同相对分子质量的高取代度阳离子淀粉(相对分子质量通过酸降解法进行调节),将它们作用于废纸浆,探讨了其控制微胶黏物以及增加纸张强度的效果。结果表明:取代度越高、分子量越小、分子构型越为单一的HCS更容易被吸附到纤维上,但是吸附量少;分子量小的HCS更易与滤液中的溶解与胶体物质作用,促进留着与滤水。在纸张强度方面,各种降解与未降解的HCS可使手抄片的抗张指数得到维持甚至得到一定程度的提高;对耐破指数没有影响;降解前后的普通HCS和直链HCS使耐折度呈现略微的降低,还使撕裂度有一定程度的下降,但是降解前后的支链HCS均能较好地维持这两项性能。最后,将低分子量化的HCS与PA的作用效果进行了比较,结果表明:在相同重量基用量条件下,低分子量化的HCS与纤维的吸附性更好,对碳水化合物类DCS物质的去除具有更好的选择性,其控制废纸浆微胶黏物的综合效果并不逊于聚胺。本研究掌握了合成优化聚胺的技术、开发了固着剂性能的快速评价方法、提出并印证了低分子量化且分子构型独特的HCS将同时具有更佳的微胶黏物控制效果和纸张增强效果的观点,有利于促进我国造纸工业利用废纸浆进行清洁生产的科学技术水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 胶黏物
• 1.2.1 胶黏物的来源及分类
• 1.2.2 胶黏物的物理化学性质
• 1.2.3 胶黏物的失稳原因
• 1.3 胶黏物的分析方法
• 1.3.1 胶黏物的定性分析
• 1.3.2 胶黏物的定量分析
• 1.4 微胶黏物的危害
• 1.4.1 影响阳离子添加剂使用效率
• 1.4.2 影响纸机运行性能
• 1.4.3 影响产品质量
• 1.5 微胶黏物控制方法
• 1.5.1 生物控制法
• 1.5.2 化学控制法
• 1.6 化学固着剂领域的国内外研究现状
• 1.7 本论文研究目的及意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 自制废纸脱墨浆
• 2.4 聚胺的合成及控制微胶黏物效果考察
• 2.4.1 聚胺的制备
• 2.4.2 聚胺特性粘数的测定
• 2.4.3 聚胺电荷密度的测定
• 2.4.4 聚胺的红外表征
• 2.4.5 聚胺控制微胶黏物效果考察
• 2.5 高取代度阳离子淀粉的合成及控制微胶黏物效果和纸张增强效果的考察
• 2.5.1 未降解高取代度阳离子淀粉的制备
• 2.5.2 酸降解低分子量高取代度阳离子淀粉的制备
• 2.5.3 高取代度阳离子淀粉取代度的测定
• 2.5.4 高取代度阳离子淀粉粘度的测定
• 2.5.5 高取代度阳离子淀粉电荷密度的测定
• 2.5.6 高取代度阳离子淀粉控制微胶黏物效果评价
• 2.5.7 高取代度阳离子淀粉的纸张增强效果考察
• 2.6 高取代度阳离子淀粉和聚胺不同的作用机理研究
• 2.6.1 废纸浆中高取代度阳离子淀粉和聚胺的纤维吸附性能比较
• 2.6.2 废纸浆中高取代度阳离子淀粉和聚胺湿部化学行为比较
• 2.6.3 高取代度阳离子淀粉和聚胺作用于碳水化合物类 DCS效果的比较
• 3 结果与讨论
• 3.1 聚胺（PA）的合成及其控制微胶黏物的效果考察
• 3.1.1 聚胺的谱图分析
• 3.1.2 支链化剂用量对聚胺相对分子质量及电荷密度的影响
• 3.1.3 聚胺控制微胶黏物的效果考察
• 3.2 高取代度阳离子淀粉的制备及其控制微胶黏物效果和纸张增强效果的考察
• 3.2.1 未降解高取代度阳离子淀粉的制备及性能测定
• 3.2.2 酸降解高取代度阳离子淀粉的制备及性能测定
• 3.2.3 高取代度阳离子淀粉（HCS）控制微胶黏物效果考察
• 3.2.4 高取代度阳离子淀粉纸张增强效果的考察
• 3.3 聚胺和高取代度阳离子淀粉不同作用机理的研究
• 3.3.1 废纸浆中聚胺和高取代度阳离子淀粉的湿部化学行为比较
• 3.3.2 聚胺和高取代度阳离子淀粉对碳水化合物类DCS的作用效果比较
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 获奖情况
• 9 致谢