造纸法再造烟叶浆料的湿部化学特性

发布日期:2015-06-09 17:32:40
小纸法生产烟草薄片是我国普遍采用的生产烟草si片 的方法n~si。据统计,目前我国已经先后在广东、湖 南、浙江、云南等地建立了十多个造纸法烟草薄片 的生产基地w。由于生产烟草薄片的原料来自于卷烟生产过程 中废弃的烟梗、烟末,使得烟草浆料具有纤维含量少,杂细胞 含量多,热水抽出物多,细小组分含量多等特点。由于没有充 分认识造纸法再造烟叶生产过程与一般制浆造纸生产过程的 特点与差别,没有相对应的技术措施,造纸法再造烟叶生产基 本沿用制浆造纸工艺,缺乏对其独特的制浆.湿部抄造等工艺 技术的应用研究,导致目前我国的造纸法再造烟叶工艺技术和 产品质量与国外相比仍存在相当大的差距。目前,我国造纸法 生产烟草薄片,在湿部抄造过程中,有效细小组分流失大,白 水固含量髙、循环回用度低、排放量大、污染负荷居髙不下,导 致原材料利用率低、环境污染严重和生产成本髙,甚至影响再 造烟叶产品匀度.柔软性、手感、色泽、韧性等物理性能
通过检测造纸法再造烟叶浆料的阳离子需求量、Zeta电位 等湿部电荷指标,研究再造烟叶浆料的湿部电荷特性,为在造 纸法烟草薄片生产过程中添加湿部助剂,实现湿部化学过程控 制和优化,实现烟草薄片湿部抄造技术升级提供一定的参考
1实验
1.1原料及药品
烟草浆:取自汕头某工厂,亚麻浆:取自汕头某工厂(作 为外纤加入,以增强烟草薄片的物理性能),阳离子瓜尔胶: 实验室自制,阳离子取代度为0.16,氯化钠、碳酸钙.硫酸铝 均为市售商品。
1.2仪器
瑞典BTG公司MiitekTM SZP 06电位分析仪; MUtekTM PCD 03电荷测定仪,MUtekTM Titrator two 自动滴定仪;纤维疏解机等。
1.3方法 1.3.1实验方法
实验所用浆料按照汕头某工厂的实际生产情况,由烟草浆 和亚麻浆按一定比例配制,并添加一定配比的碳酸钙。一般情 况下配好的浆料含87.5%的烟草浆、5%的亚麻浆和7.5%的碳酸 钙,在研究亚麻浆配比和碳酸钙添加量对浆料Zeta电位、电导 率及阳离子需求量的影响时除外。配制浆料的浓度为1%。
1.3.2 Zeta电位和电导率的测定
将配好的浆料按1%的浆浓在标准纤维解离器中疏解 5min,取1%浓度的浆料500ml,搅拌均匀,按照SZP06电位 分析仪的操作规程和步骤测定浆料的Zeta电位和电导率。   1.3.3浆料阳离子需求量(PCD)的测定
将配好的浆料按1%浓度在标准纤维解离器中疏解
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5min,用Mlitek滤网(网孔直径为30〇nm)过滤分离纤维和 溶胶物质,用移液管准确移取l〇ml滤液于塑料测量池内,用 0.001N的标准溶液(P-DADMAC)滴定至终点,记录标准溶 液消耗的体积。根据以下公式计算阳离子需求量:
阳离子电荷需求量:PCDY^/K 式中c,为P-DADMAC标准溶液的浓度(0.001N或 mol/L) ; K为P—DADMAC标准溶液消耗的体积(ml) t K 为浆料滤液的体积(l〇ml)。
2结果与讨论
2.1浆料的电荷特性
由表1中数据可知,亚麻浆的Zeta电位比烟草浆的Zeta电位 要低得多,但亚麻浆的阳离子电荷需求量却不如烟草浆的大。 烟草浆的Zeta电位髙,是因为烟草浆料通过机械磨浆而来,浆 料纤维表面游离的烃基没有化学浆纤维表面游离的羟基多,负 电性就不强,反映到Zeta电位上,Zeta电位就较高。烟草浆料的 阳离子电荷需求量大,是由于烟草浆原料(烟末、烟梗)本身热 水抽出物含量较髙,加之其通过机械磨浆,产生的细小组分含 量较高,又未经洗涤,留在浆料滤液中的细小组分和胶溶物质 较多,总的阴离子干扰物质较多,所以阳离子需求量较髙。
得到不同浆浓浆料的湿部电荷特性数据 如图1。1%浆浓浆料的阳离子需求fi、Zeta电位和电导率分别为 0.1534mmol/L、—8.5mV和0.267mS/cm。随着浆浓的增加, 紫料滤液的阳离子需求量逐渐上升,浆浓从0.2%增加到1.2%, 对应的浆料滤液的阳离子需求置从0.0408mmol/L上升到 0.2227mmol/“浆浓增加,溶解水中的细小组分及胶溶物质 增加,浆料体系中的阴离子干扰物质增加,阳离子需求量就上 升。随着浆浓的增加,浆料系统的Zeta电位也逐渐升髙,升高的 幅度不大,从0.6%的浆浓增加到1%, Zeta电位只升髙了 1.5mV。 菜料体系的电导率随着浆浓的增加也有增大的趋势,但这种趋 势不明显,浆料体系的电导率始终在〇.25mS/cmi:下。
2.3亚麻浆配比对浆料体系湿部电荷特性的影响
保持浆料体系中填料的比例(7.5%)不变,逐渐增大亚麻浆 的比例,减少烟草浆的比例,研究亚麻浆配比对浆料体系湿部电 荷特性的影响,得到浆料体系的湿部电荷特性如图2所示。
由图2知,随着亚麻浆配比的增加,浆料体系的阳离子需 求量以及Zeta电位都呈现出下降的趋势。这是因为亚麻浆本身 的阳离子需求量和Zeta电位就比烟草浆的低,随着亚麻浆配比 增加,浆料体系中阳离子需求ft少、Zeta电位低的亚麻浆的置 在逐渐增加,而阳离子需求量大、Zeta电位髙的烟草浆的量在 逐渐减少,所以浆料体系的阳离子需求量和Zeta电位就下降。 2.4填料添加置对浆料体系湿部电荷特性的彩响
保持浆料体系中亚麻浆的比例(7.5%)不变,,逐渐增大 填料的比例,降低烟草浆的比例,研究填料添加量对浆料湿 部电荷特性的影响。得到浆料体系的湿部电荷特性如图3。
由图3知,随着填料添加ft的增加,浆料体系的阳离子需 求量以及Zeta电位都呈现出下降的趋势。当不添加填料,浆料 体系只含5%亚麻浆和95%烟草浆时,浆料体系的阳离子需求量 以及Zeta电位分别为:0.259mmol/L和-8.7mV,当浆料体系 含15%的填料、5%的亚麻以及80%的烟草浆时,浆料体系的阳离 子需求量以及Zeta电位分别下降到0• 108mmol/L和-9. lmV。 填料添加量从0增加到15%,浆料体系的阳离子需求量下降了近 60%,说明填料对浆料体系阳离子需求量的贡献要远小于烟草 浆对浆料体系阳离子需求量的贡献。由于填料粒子表面带有负 电荷,加之填料有着非常髙的比表面积,填料表面的电荷密度 较大,所以在细小纤维和填料都存在的体系里,随着填料量的 增加,Zeta电位也会降低。此外,通过图3也可以发现,并不是 浆料体系的Zeta电位的绝对值越大,其阳离子需求量越高。
在浆料体系(含87.5%烟草浆、5%亚麻浆和7.5%碳酸钙) 中加入不同量的硫酸铝(对绝干浆的用量),研究阴离子垃圾中 和剂一一硫酸铝对浆料体系的湿部电荷特性的影响,如图4。
由图4知,随着硫酸铝用量的增加,浆料体系的阳离于需 求量开始是逐渐降低的,当硫酸铝的用量增加到0.6%时,浆 料体系的阳离子需求量便不再减少,反而有上升的趋势。这说 明硫酸铝的加入董并不是越髙越好,对再造烟叶浆料体系来 说,硫酸铝的作用有限,硫酸铝并不能完全中和浆料体系中的 阴离子垃辦,在最佳用量0.6%时,它也只能降低浆料体系30% 的阳离子需求量。硫酸铝对再造烟叶浆料体系的Zeta电位的 影响也不明显,随着硫酸铝用量从0增加到1.2%,浆料体系的 Zeta电位也只是从-8.5mV变化为-7.15mV,变化并不明显。
探讨硫酸铝对浆料体系湿部电荷特性影响不明显的原 因,测量再造烟叶浆料体系的pH值为8.13。当pH为8.13时, 硫酸铝的水解产物以Al(OH)3为主,伴以少量的Al(OH)2+m。 硫酸铝发挥作用主要是通过正三价的铝离子吸附纤维的羧基 或者中和带负电的阴离子垃圾,而在再造烟叶浆料体系中,由 于其pH为8.13,加入的硫酸铝只有少量的八1(01"1)2+在发挥作 用,影响浆料体系的湿部电荷特性,所以效果有限。
2.6阳离子瓜尔胶用置对浆料体系湿部电荷特性的影响 阳离子瓜尔胶是造纸法烟草薄片生产过程中较为常用的助 留助滤剂,研究其对再造烟叶浆料体系湿部电荷特性的影响,对 指导生产具有重要意义181。在浆料体系(含87.5%烟草浆、5%亚麻 浆和7.5%碳酸钙> 中加入不同量(对绝干浆的百分比)的阳离子 瓜尔胶并搅拌后,测量体系的阳离子需求量和Zeta电位,如图\ 由图5知,随着阳离子瓜尔胶加入量的增大,浆料体系的阳 离子需求量逐渐降低,浆料体系的Zeta电位逐渐升髙。阳离子 瓜尔胶的加入量从0增加到1.2%,浆料体系的阳离子需求量从
0.1534mmol/L降低为0.0509mmol/L,降低了近70%,这说明 阳离子瓜尔胶能吸附浆料体系中的带负电的细小组分和纤维, 起到助留助滤的效果。阳离子瓜尔胶的加入量在0~0.4%时,浆 料体系的阳离子需求量降低的最为明显,当瓜尔胶用量为0.4% 时,能使浆料体系的阳离子需求量降低42.5%,再增加瓜尔胶 的用量,其降低的趋势渐弱。阳离子瓜尔胶的加入量从0增加到 1.2%,浆料体系的Zeta电位从-8.5mV升髙到-7.1mV, Zeta电 位的变化不明显,这主要是因为Zeta电位在-4〜-9mV的范围 内属微负值的范围|91,加之其又在碱性体系(浆料体系pH值为 8.13),含有OH'夕卜加阳离子物质很难再降低其Zeta电位。
3结论
3.1再造烟叶浆料体系的阳离子需求量随浆浓的增加而 增大,浆料体系的Zeta电位和电导率都随浆浓的增加而 升髙。1%浆浓的浆料体系(含87.5%烟草紫、5%亚麻浆和 7.5%碳酸钙)的阳离子需求董、Zeta电位和电导率分别为: 0.1534mmol/L、一8.5mV、0.267mS/cm。
3.2添加亚麻浆能使再造烟叶浆料体系的阳离子需求量及 Zeta电位都降低。
3.3随着填料添加量的增加,再造烟叶浆料体系的阳离子需 求量以及Zeta电位都呈现出下降的趋势。
3.4添加硫酸铝能够降低再造烟叶浆料体系的阳离子需求 置,提髙再造烟叶浆料体系的Zeta电位,但作用有限。因为再 造烟叶浆料体系的PH为8.13,在此pH值下,硫酸铝的作用不 能得到有效发挥。硫酸铝的最佳用量为0.6%。
3.5阳离子瓜尔胶能够显著降低再造烟叶浆料体系的阳离 子需求量,瓜尔胶用量为0.4%时,能使浆料体系的阳离子需 求量降低42.5%。