瓜尔胶虽是已知的水溶性最好的天然高分子化 合物之一，但具有溶解速度慢、水不溶物含量高和黏 度不易控制等缺点，使得它难以满足工业应用的要 求，因此需要进行改性，如酯化、醚化等，以扩大其应 用范围[w]。为了降低瓜尔胶的水不溶物含量，加快 其水合速度，改善其耐盐、耐剪切性能，需要对其进 行化学改性。通常的方法是对其进行官能团的衍生 化。衍生化的方法有很多，根据取代基与瓜尔胶成键 的方式可分为醚化、氧化以及酯化瓜尔胶等;根据取 代基电荷种类的不同又可分为非离子、阳离子、阴离 子和两性瓜尔胶等[54]。

瓜尔胶在制浆造纸工业中已成为性能优越的环 保型助剂，但一直以来主要依靠进口，价格昂贵。 现国内已研发出了多种瓜尔胶，价格较为便宜，为它 的广泛使用提供了条件。改性瓜尔胶可用作施胶剂， 并具有助留助滤、增强的作用。但由于瓜尔胶黏度较 大，不利于表面施胶，因此其在表面施胶等领域的应 用较少。

本文对羟丙基瓜尔胶进行的研磨粉碎和氧化降 解，降低其黏度，制备了纳米改性羟丙基瓜尔胶[9_wl， 将其用于滤嘴棒纸的表面施胶，并探讨了表面施胶后 纸张的增强效果。

羟丙基瓜尔胶，无锡金鑫科技有限公司；滤嘴棒 原纸，青岛天隆纸业有限公司；双氧水，烟台三和化 学试剂有限公司。

1.2仪器

XQM变频行星式球磨机，南京大冉科技有限公 司;NDJ-5S数字式旋转黏度计，上海精密科学仪器有 限公司;DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一 恒科学仪器有限公司;Z0Z-2型电热恒温干燥箱，天 津市泰斯特伩器有限公司;CL*2型恒温加热磁力搅 拌器，巩义市英峪高科仪器厂;JJ-1型精密增力电动 搅拌器，金坛市双捷实验伩器厂;DZD-15型定距切纸 刀，长春市永兴试验仪器制造有限责任公司； DLD-100定量取样刀，长春市永兴试验仪器制造有限 责任公司;KCC-101型自动表面施胶机，德国IKA公 司;ZSE-1000型纸张撕裂度测定仪，长春市永兴试验 伩器制造有限责任公司;ZZD-25B型纸张酎折度测定 仪，长春月明小型试验机有限责任公司；TTM-500A 型电脑抗张试验机，杭州轻通博科自动化技术有限 公司；DCP-NPY 1200纸张耐破度仪，四川长江造纸 仪器有限责任公司;ZBK-100型纸张表面吸收重量测 定仪，长春市永兴试验仪器制造有限责任公司。

1*3实验方法

1.3.1纳米改性羟丙基瓜尔胶的制备

将球磨机研磨粉碎10 h后的羟丙基瓜尔胶倒入 烧杯中，取适量双氧水，以喷雾的形式喷入羟丙基瓜 尔胶中，搅拌均勻。将混合物密封，放入一定温度的 烘箱中恒温反应到规定时间，洗涤，过滤，干燥，粉 碎，过筛待用。

1.3.2纳米改性羟丙基瓜尔胶的黏度测定

称取247.5 g蒸馏水于250 mL烧杯中，在搅拌 的条件下慢慢加入2.5 g羟丙基瓜尔胶。当瓜尔胶完 全加入水中后开始计时，搅拌0.5 h后，停止搅拌，静 置0.5 h;然后再搅拌0.5 h再静置0.5 h，用NDJ-5S 型数字旋转黏度计测定溶液的黏度。

1.3.3表面施股

将制备的纳米改性羟丙基瓜尔胶配制成一定质 量分数的溶液，在全自动表面施胶机上用刮棒对滤 嘴棒原纸进行单面一次性表面施胶。表面施胶完 成后在105 烘箱中干燥。

1.3.4纸张物理性质的测定

将表面施胶后的滤嘴棒纸进行恒温恒湿处理并 按照相应国标，进行抗张指数、裂断长、撕裂指数、耐 破指数和耐折度等机械强度的测定[11]。

2结果与讨论

将羟丙基瓜尔胶在球磨机中研磨、粉碎后，采用 氧化降解法制备纳米改性羟丙基瓜尔胶:双氧水用 量为瓜尔胶质量的8.6%，反应温度为65丈，反应时 间为4 h，密封反应，使得其1%水溶液黏度从2 390 mPa.s 降到 3.47 mPa.s，粒径为 275.7 nm。

2.1反应条件对纳米改性羟丙基瓜尔胶黏度及其增

强性能的影响

改变氧化降解反应条件，考察双氧水用量、反 应温度和反应时间对羟丙基瓜尔胶降解程度的影 响，测其质量分数为1%的水溶液黏度，并将不同反 应条件下制得的产品配制成质量分数为8%的溶 液，用恒温磁力搅拌器搅拌的同时升温至60〜70丈， 并在此条件下搅拌0.5 h后在自动表面施胶机上 对滤嘴棒原纸进行表面施胶，考察不同的反应条 件对瓜尔胶增强性能的影响。其中，未经过瓜尔胶 表面施胶的滤嘴棒原纸强度指标分别为：抗张指 数5.43 N.m/g;裂断长5.525 km;撕裂指数14.74 mN*m2/g;耐破指数2.31 kPa*m2/g，耐折度51次。 2.1.1双氧水用量对羟丙基瓜尔股黏度及其增强 性能的影响

在反应温度为65尤，反应时间为4 h的条件下， 研究了双氧水用量对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强 性能的影响，结果见表1。

表1双氣水用量对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强性 能的影响

w(双氧水用量)/%

8.66.44.32.11,1

黏度/(mPa*s)3.474.094.755.176.26

抗张指数/(N*m*g_1)7.046.936.456.125.45

裂断长7km7.1836.6506.5686.1215.70

撕裂指数15.2515.1315.1214.8714.99

耐破指数/(kPa*m2〇3.453.393.323.193.15

耐折度/次8089838079

由表1可知，双氧水用量越大，羟丙基瓜尔胶 降解程度越大，其黏度越低，用于表面施胶后，对纸 张机械强度的性质增强效果越明显。从表1可以看 出，相比于未表面施胶的滤嘴棒原纸，降解后的低 黏度羟丙基瓜尔胶用于纸张表面施胶后，纸张物理 性质有明显增强。

一般来说，随着反应时双氧水用量的增大，制 得的羟丙基瓜尔胶对纸张性能的增强效果越好。其 原因是双氧水用量越大，降解效果越好，羟丙基瓜 尔胶的黏度越低，表面施胶量就越大，因而增强效 果越明显。耐折度随双氧水用量的增加先变大、后 减小，其可能的原因是表面施胶量越大，纸张定量 较大，反而会影响其耐折度。表面施胶后，纸张撕裂 指数增幅较小，由此可见，纳米改性羟丙基瓜尔胶 对纸张撕裂指数的增强作用并不明显。

2.1.2反应温度对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强性 能的影响

在双氧水用量为8.6%,反应时间为4 h的条件 下，研究了反应温度对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强 性能的影响，结果见表2。

表2反应温度对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强性能 的影响

反应温度/•<：

4555 65 7585

黏度/<mPa，8)7.025.113.473.03 变质

抗张指数5.835.927.045.55 -

裂断长/km5.7595.7887.1835.904 -

撕裂指数/(mN*m2*g-〇15.0415.7815.9515.20 -

耐破指数/(IdW.g，1)3.103.233.452.90 -

酎折度/次76888078 -

从表2可以看到，纸张增强的各项指标随反应 温度升高先上升、后下降：当温度为45、55、65和75 t逐渐提高时，羟丙基瓜尔胶颜色由浅黄色渐渐变 浅，最终接近于无色。但当反应温度为85丈时，羟 丙基瓜尔胶颜色变深成为黄褐色，可能是高温导致 了瓜尔胶过热变质。

由表2可知，虽然温度越髙，氧化降解程度越 高，制得的瓜尔胶黏度越低，但是温度超过一定范 围后，其对纸张增强效果却下降。原因可能是高温 导致瓜尔胶结构改变，失去了其应有的性质，因此 表面施胶后效果变差。

2.1.3反应时间对羟丙基瓜尔胶黏度及其增强性 能的影响

在反应温度为65丈，双氧水用量为8.6%的条 件下，研究了反应时间对羟丙基瓜尔胶黏度及其增 强性能的影响，结果见表3。

从表3可知，反应时间越长，瓜尔胶降解的程 度越大，黏度也越低，表面施胶后效果越好。与未 表面施胶的原纸相比，纸张各项强度性质都得到提 升。在反应时间只有0.5 h时，瓜尔胶氧化降解不 充分，其8%溶液黏度非常大，难以表面施胶。

表3反应时间对羟丙基瓜尔胶黏度及其表面施胶

性能的影响

反应时间办

43210.5

黏 S/(mPa-s)3.475.777,879.2921.9

抗张指数/(N喻7.046366.196.19-

裂断长/km7.1836.5246.3306.536-

撕裂指数/(mNWf1)15.9515.2414.9014.31-

射破指数/(kPa‘in2V)3.453.153.133.04一

酎折度/次80777871-

综合考虑双氧水用量、反应温度和反应时间对 瓜尔胶降解程度的影响，及其各样品用于表面施胶 后对纸张强度性能的增强效果比较，知道在双氧水 用量为8.6%、反应温度65 和反应时间4 h的条 件下得到的低黏度羟丙基瓜尔胶表面施胶后纸张 增强效果最好。

采用以上述条件下制得的产品进行接下来的 实验，探究表面施胶中影响纸张增强性能的其他

因素。

2.2表面施胶条件对纳米改性羟丙基瓜尔胶增强 性能的影响

探讨了表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸 张强度的影响。比较了表面施胶温度及其低黏度瓜 尔胶表面施胶浓度对滤嘴棒纸强度的影响。其中表 面施胶温度分别为30、40、50、60、70和80尤；表面 施胶用瓜尔胶水溶液的质量分数分别为2%、4%、 6%和8%。将表面施胶后的滤嘴棒纸干燥、恒温恒 湿处理后，进行抗张指数、裂断长、撕裂指数、耐破 指数和耐折度的测定。

2.2.1表面施胶条件对抗张指数的影响

表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张抗张 指数的影响见图1。

由图1可知，同一表面施胶浓度下，随着表面施 胶温度的升高，纸张的强度先升高、后降低。总体来 说，表面施胶温度为50〜60弋时的增强效果较好。 温度越高，瓜尔胶黏度越小，流动性越好。流动性太 小，可能造成表面施胶不均勻，因而影响表面施胶质 量;另外低温下溶胀不充分，瓜尔胶跟纸张纤维接触 不够紧密，且黏度较高，导致不能有效地渗透到纤维 之间，因而表面施胶效果不佳。而温度过高，虽然瓜 尔胶流动性能得到改善，易于表面施胶，但是高温会 破坏瓜尔胶结构，使瓜尔胶失去其本来的作用。

在瓜尔胶水溶液的质量分数为5%和6%时，温 

指数趋势所形成的原因类似。有区别的是对裂断长 来说，在瓜尔胶水溶液质量分数为5%、表面施胶温 度为50 ^时，增强效果最佳，增长了 30.0%,与抗张 指数的最佳表面施胶条件在温度上稍有差别。

而在同一温 度下，随着瓜尔胶浓度的增加，抗张指数也是先升 高、再下降，在瓜尔胶水溶液质量分数为5%时，抗 张指数最高。瓜尔胶浓度低时，增强效果不明显，随 浓度升高，抗张指数逐渐增加。但到一定浓度后，瓜 尔胶流动性能降低，不利于表面施胶和涂料向纸页 渗透，因而抗张指数反而下降。在表面施胶温度为 60 "€、瓜尔胶水溶液质量分数为5%时，滤嘴棒纸的 抗张指数增长了 29.7%。

2.2.2表面施肢条件对裂断长的影响

表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张裂断 长的影响见图2。

6.8 ■

6.6¬6.4 -一

_304050607080

表面施胶温度

图2表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张 裂断长的影响

从图2可以看出来，裂断长随表面施胶用瓜尔 胶浓度及表面施胶温度的变化趋势和抗张指数相 似，都随瓜尔胶浓度和温度的升高，裂断长数值先 升高、后降低。裂断长和抗张指数都可以用来表示 纸张的抗张强度性质。产生这一现象的原因与抗张

_304050607080

表面施胶温度/t

图3表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张 耐破指数的影响

将图3与图1和图2比较可以看出，表面施胶 的温度对纸张各项物理性质的影响有较大的相似 度，耐破指数同样随表面施胶温度升髙先增加、后 降低。但是表面施胶用瓜尔胶浓度对纸张机械性能 的影响有所不同，从图3来看，瓜尔胶浓度越大，纸 张的耐破指数也越高。耐破指数在表面施胶温度 60丈、瓜尔胶水溶液质量分数为8%时达到最高值， 耐破指数增长了 49.4%。由此可见，表面施胶的瓜尔 胶浓度对每一项机械性能的影响不尽相同。

2.2.4表面施胶条件对撕裂指数的影响

表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张撕裂 指数的影响见图4。

由图4可以看出，纸张的撕裂指数和前面几个 物理性质一样，随表面施胶用瓜尔胶浓度的增加，撕 裂指数先升高、后降低，但是表面施胶时的温度对撕 裂指数的影响较小。对撕裂指数来说，最佳表面施胶 的瓜尔胶水溶液质量分数是5%，虽然温度对撕裂指 数影响不大，撕裂指数只增长了 3.5%,但是综合其 他几个指标来看，表面施胶温度仍选择60丈为佳。 2.2.5表面施肢条件对耐折度的影响表面施胶时的温度和瓜尔胶浓度对纸张耐折 度的影响见图5。

针对不同的机械性能，最佳表面施胶温度和表 面施胶用瓜尔胶浓度不尽相同。总体而言，所制备的 低黏度瓜尔胶产品最佳表面施胶温度范围为50〜 60丈，最佳瓜尔胶水溶液质量分数为5%〜8%，根 据实际生产对纸张机械性质的要求来选择不同的 浓度及温度，以达到不同的增强目的。瓜尔胶的流 动性能和表面施胶用量是影响表面施胶后纸张强 度性质的主要因素。在氧化降低瓜尔胶的黏度时以 保证它能更好地渗透，要尽可能少地破坏瓜尔胶的 结构以保证它能更好地与纤维结合，以求获得更好 的纸张强度。

3结论

(1)羟丙基瓜尔胶经球磨机研磨10 h后，将其 氧化降解。采用双氧水用量为瓜尔胶质量的8.6%，反 应温度为65丈，反应时间为4 h,密封反应。制得的纳 米改性羟丙基瓜尔胶粒径为275.7 run,其质量分数为 1%的水溶液黏度从2 390 nJVs降到3.47 mIVs。

(2)纳米改性羟丙基瓜尔胶对滤嘴棒原纸的 表面施胶的较佳工艺条件为：表面施胶温度50〜60

瓜尔胶水溶液质量分数为5%〜8%。此工艺条 件下对纸张施胶的增强效果较好，抗张指数增长 29.7%，裂断长增长30.0%，撕裂指数增长3.5%，耐 破指数增长49.4%,耐折指数增长56.9%。