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壳聚糖和阳离子瓜尔胶在造纸法再造烟叶中的应用

发布日期:2015-07-09 14:41:44
壳聚糖和阳离子瓜尔胶在造纸法再造烟叶中的应用
造纸法再造烟叶是采用废弃的烟梗、烟片和烟 末等物质为原料用纸机抄造成片状的再生产品,最 后作为卷烟中的填充料。原料在磨浆过程中会形 成大量的细小组分,同时还有烟草水溶性物质与填 料存在于浆料体系中,这会对浆料体系的留着和滤 水产生严重的负面影响,因此必须选用合适的助留 助滤剂。这样,一方面可以提高填料和细小纤维的 留着,改善白水循环,减少污染;另一方面可以増强 浆料的滤水性能,提高纸机脱水效率,増加纸机车 速,从而提高再造烟叶基片的抄造效率。
由于再造烟叶作为食品原料的特殊性,需要选用 天然且无毒的助剂。瓜尔胶壳聚糖符合上述要求, 并己在造纸行业中得到了应用,但在造纸法再造 烟叶行业中的应用较少。
按照5 : 3 : 2的质量比混合烟梗、烟片和烟末; 混合后用水萃取再固液分离,经盘磨机磨浆后获得 烟草浆22.5 °SR);漂白长纤木板加水浸泡后,经 PFI磨浆机磨浆后获得外添木浆33.6 °SR);烟草 浆、外添木浆和轻质碳酸钙混合后获得再造烟叶基 片浆料,其中烟草浆与外添木浆的质量配比为9 : 1, 轻质碳酸钙的添加量为浆料质量的20%。
称取再造烟叶基片浆料浆料绝干质量为2.5 g),加入助剂搅拌均匀,再倒入抄片机抄造成形获得 再造烟叶基片。基片分别按GB/T 12914— 1991、GB/ T 451.3—1989 和 GB/T 451.2—1989 测定抗张强度、 厚度和定量。基片松厚度=基片厚度/基片定量。
在500 mL浆料浆浓为0.3%)中加入助剂,搅 拌均匀后于Zeta电位测定仪上测定浆料体系的Zeta 电位。
1.2.4助剂影响滤水的实验
在1 000 mL浆料浆浓为0.3%)中加入助剂,搅 拌均匀后把浆料倾入动态滤水仪中,选择Drainage” 丰旲式,在500 r/min的转速下转动1 min后开启阀门, 收集前10 s的滤液并称量,绘制动态滤水曲线。
按照GB 3332—1982测定不同助剂加入后浆料 的打浆度。
在500 mL浆料浆浓为0.3%)中加入助剂,搅拌 均匀后把浆料倾入动态滤水仪中,选择Retention”丰旲 式,在500 r/min的转速下转动1 min后开启阀门,收 集前100 mL的滤液,采用文献[6]中的方法测定滤 液浓度,浆料的单程留着率=浆料浓度-滤液浓度)/ 浆料浓度X100%。
浆料的打浆度起初随着助剂 用量的増加逐渐降低,这意味着浆料体系的滤水性 能逐渐变好;当阳离子瓜尔胶和3种壳聚糖用量均 为0.6%时,浆料的打浆度分别降低了 25%、37%、 45 %以及47 %;同等条件下,壳聚糖对打浆度的影 响大于阳离子瓜尔胶;当2号和3号壳聚糖的用量 超过0.6%时,打浆度反而上升,这表示浆料的滤水 性能有所下降,与上述Zeta电位试验2号和3号 壳聚糖的用量分别达到0.7%和0.6%时,浆料体系 的电荷性质反转)相吻合。这可能是因为纤维素纤 维、细小组分及非纤维物质与助剂之间形成的复合 物被过度中和,重新悬浮于浆料体系中,因此导致 滤水性能下降。
浆料的滤水量起初随着助剂用量 的増加也逐步増加;当阳离子瓜尔胶和3种壳聚糖 的用量均为0.6%时,前10 s的滤水量较空白样分 别提高了 47.9、73.7、141.2和182.1 g;壳聚糖对浆 料滤水性能的改善强于阳离子瓜尔胶;当2号和3 号壳聚糖用量超过0.6%时,浆料的滤水速度反而 下降。结合图1可知,当用量超过0.6%时,浆料体 系的电荷发生了逆转,从而使得2号和3号壳聚糖 的助留效果变差;1号壳聚糖由于脱乙酰度低,与 纤维素底物之间的吸附不如高脱乙酰度的壳聚糖 强烈,所以助滤效果不如后二者好。
浆料的单程留着率起初随着助剂 用量的増加逐渐増大;同等条件下,壳聚糖的助留 效果强于阳离子瓜尔胶,4种助留剂用量同为0.6% 时,3号壳聚糖要比瓜尔胶高出11.1%,这是因为 壳聚糖具有更高的阳离子电荷,可以更好地与细小 纤维和无机填料发生静电中和、桥联、镶嵌及氢键 作用,使浆料更好地絮凝,从而提高再造烟叶浆料 中细小组分和填料的留着率;另外,2号和3号壳 聚糖的用量分别超过0.8%和0.6%时,其助留效果 开始下降,而阳离子瓜尔胶和1号壳聚糖在1%的 用量之内,单程留着率一直上升,但用量大于0.6% 时,上升趋势趋于平缓。
可以看出,加入助剂后,基片的抗张强 度有所下降。当助剂用量为0.2%时,下降幅度较大, 降幅为25%〜34%。当用量超出0.2%后,抗张强 度呈现不规律变化,但是不同助剂间的区别不明显。 图6显示了不同助剂对基片松厚度的影响。 从图6得知,加入助剂后,烟草基片的松厚度 有所提高;当4种助剂的用量均为0.6%时,再造烟 叶基片的松厚度可以提高0.2〜0.3 cm3/g。
从正交试验结果来看,各因素对浆料滤水性 能、单程留着率和填料留着率的影响有相同的规 律。根据脱乙酰度>«添加l;>ffpH,其重要性依次为: 壳聚糖脱乙酰度、壳聚糖添加量和体系pH。根据左 值确定合适的添加条件,不论是以滤水量还是单程 留着率为指标,最佳工艺参数均为戌52C2,即壳聚 糖的脱乙酰度为90%,添加量为0.6%,体系pH选 择6。在此条件下进行验证试验,所得结果为:滤水量 为383 g,单程留着率为96.0%,填料留着率为 71.8%,表明正交试验所确定的优化条件可信度较高。
1)与阳离子瓜尔胶相比,壳聚糖对再造烟叶 浆料的Zeta电位、打浆度、动态滤水和单程留着率 的影响更为明显,而且脱乙酰度越高,效果越好。但 对于高脱乙酰度的壳聚糖,过高的用量反而不利于 浆料的留着和滤水,因此要注意控制助剂的用量。
2)壳聚糖和阳离子瓜尔胶的加入会影响再造 烟叶基片的物理性能。4种助剂的加入均会降低基 片的抗张强度,当助剂用量为0.2%时,基片的抗张 强度可以下降25%〜35%;但是助剂的加入均有利 于提高基片的松厚度。不同助剂对于基片物料性能 上的影响区别并不明显。
3)通过正交试验对壳聚糖的应用条件进行 优化,最佳工艺条件为:壳聚糖的脱乙酰度为90%, 添加量为0.6%,体系pH为6,并通过验证试验确 认所优化的工艺条件较为可靠。