烟纸生产中会加入约占定量45%的碳酸钙以及助 ji卷燃剂和烟灰调节剂等助剂，因此，提髙各种助剂在 卷烟纸中的留着率意义重大[1]。瓜尔胶用于卷烟纸 不但具有优良的助留、助滤和增强效果，而且成纸在燃烧时 没有异味。

天然植物多糖瓜尔胶与纤维素结构非常相似，其直链上 大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧，因此对纤维素有很强的 亲和性，并能够在纤维表面快速吸附，形成氢键，从而有效地 促进纤维之间的结合[2,3]。但是，瓜尔胶原粉的结构是一种蜷

曲的球形结构，虽然含有大量的亲水基团羟基，但它的

大部分羟基处于分子内部，分子间的强作用力形成分子内自 交联，难于快速完全地水合，使得整个聚糖分子的溶解性很 差，导致瓜尔胶原粉溶解速度慢、水不溶物含量髙、黏度不易 控制、耐电解质性以及耐剪切性较弱[4~6]等缺点，影响了其使 用性能和效果。经化学改性后的瓜尔胶其理化性质得到改善 和应用范围进一步扩大，阳离子瓜尔胶作为助留助滤剂在卷 烟纸行业中已得到实际应用。两性瓜尔胶同时含有阴阳离子 基团，具有一定的电性特征，其阳离子成分能自我吸附在纤维 上，阴离子成分借助阳离子物质与纤维吸附，在纤维与瓜尔胶 之间形成离子键[7]，并且可以有效地降低纸浆中阴离子杂质的 影响。因此，两性瓜尔胶具有更好的助留助滤效果[8]。

本实验通过正交实验优化，考察碱用量、碱化时间、阴离 子化试剂用量、阴离子化时间及反应温度等因素对两性瓜尔胶 羧基含量的影响，确定较佳的反应条件，并探讨两性瓜尔胶在 不同羧基含量及不同用量下对卷烟纸助留助滤性能的影响。

1实验

1.1实验原料

阳离子瓜尔胶：工业品，氮含量1.6%,黏度2080mPa.s， 无锡金鑫集团；非离子瓜尔胶：浙江民丰罗伯特纸业；阔叶木 浆：打浆度35°R,浙江民丰罗伯特纸业；针叶木浆：打浆度 70°R,浙江民丰罗伯特纸业；造纸填料级研磨碳酸钙：白度 91%,寿光蔡伦申兴精细化工有限公司。

1.2实验设备

DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科技； DNJ-5S数字黏度计：上海精密科学仪器厂ZT6-00纸样抄 取器：中通恒泰装备有限公司；GBJ-A型纤维标准解离器： 长春市月明小型试验机有限责任公司；ZT7-00纸样干燥器： 中通恒泰装备有限公司；ZT4-00打浆机：中通试验装备有限 责任公司；ZQYCn油压机：陕西科技大学机械r;TTM-500 型电脑抗张实验机：杭州博科自动化技术有限公司；DCP -

NPY1200型电脑测控纸张耐破度仪：四川长江造纸仪器有限 责任公司；ZSE-1000型纸张撕裂度仪：长春市月明小型实验 机有限责任公司；SX-2.5-10型箱式电阻炉：天津市泰斯特 仪器有限公司；RUKER TENSOR-27型红外光谱仪：德国 布鲁克公司；微量滴定管。

1.3两性瓜尔胶的合成

将一定量的NaOH配制成醇/水溶液，喷洒到阳离子瓜 尔胶中，搅拌均匀后，在设定温度下碱化一段时间；喷加氯乙 酸钠水溶液，搅拌均匀后，在指定温度下反应一定时间，得到 两性瓜尔胶产品。两性瓜尔胶产品用一定浓度的乙醇溶液浸 泡、洗涤、过滤，真空干燥后粉碎过筛（125目）即得纯化后的 两性瓜尔胶。

1.4两性瓜尔胶羧基含量的测定

在均匀取样的两性瓜尔胶样品中加入稀盐酸，将羧酸盐 转化为酸的形式，洗涤过滤，用乙醇水溶液洗去阴离子和多 余的酸，洗涤后的试样以酚酞为指示剂，用0.1mol/L标准氢 氧化钠溶液滴定。以（1)式计算羧基含量（#)：

"=[(CXFX0.045X100) /(mx A)]x100%⑴

式中，c-标准氢氧化钠溶液浓度，mol/L;

F-标准氢氧化钠溶液体积，ml; m-两性瓜尔胶样品质量，g;

A-两性瓜尔胶样品干度，％。

1.5红外光谱

采用KBr压片法测定反应原料阳离子瓜尔胶和改性产品 的红外光谱，以确定产品的结构，波长范围400~4000 cm-1。 1.6纸料的准备

取阔叶木和针叶木的混合浆在纤维标准解离器中按 1.5%的浓度疏解10min,然后稀释至一定浓度，多次疏解使 全部的纸料混合在一起。

1.7改性瓜尔胶应用实验

(1)取一定的纸料于1000ml塑料量筒中，在500r/min 下，加入一定量的非离子瓜尔胶溶液，搅拌2min;然后加入 50%用量的碳酸钙（对绝干纤维），搅拌混合2min;再加入一 定量的阳离子或两性瓜尔胶溶液，搅拌混合3min后，在纸样 抄取器上进行抄片。同时取一定纸料于1000ml塑料量筒中， 利用打浆度测定仪测定打浆度。以肖伯尔氏打浆度表示纸料 的滤水性能。

(2)将抄造的湿纸页在0.4MPa压力下压榨1min,然后 在纸样干燥器中真空干燥10min。

(3)总留着率的测定

将干燥后的纸页剪成小片，于已烘干至质量恒定的称量

Jun., 2011 Vol.32, No.12 China Pulp & Paper Industry 27

瓶中，置于（105±1) *C烘箱中烘干至质量恒定，以下式计算总 留着率R):

R=[m1/(m2+rn3)]x1〇〇%

式中：mi*纸片烘干后的质量，g; m2为抄片前纸料中绝 干纤维质量，g;为抄片前纸料中绝干填料质量，g。

(4)灰分的测定

将（3)中已烘干的纸样置于预先灼烧至质量恒定的瓷 坩埚中，先在电炉上仔细燃烧使其炭化，再移入髙温炉中，在 (575±25) C温度范围内灼烧至灰渣中无黑色炭素，以下式 计算灰分含量(X):

X= [(m 3-m 2)/m 1]x 100%

式中：mi为绝干试样质量，g; m2为灼烧后坩埚质量，g; m3为灼烧后盛有灰渣的坩埚质量，g。

(5)纸页物性检测

纸页经恒温恒湿处理后，按国家规定的标准测试方法测 定纸页强度性能。

2结果与讨论

2.1两性瓜尔胶改性工艺优化

本实验考察了碱用量、碱化时间、阴离子化试剂用量、阴 离子化时间及反应温度对两性瓜尔胶羧基含量的影响。采用 Li64(5)正交优化实验，结果见表1。

随着氢氧化钠用量的增加及碱化时间的延长，NaOH能 使瓜尔胶转化为强碱性和强亲核型的瓜尔胶氧负离子，有利 于亲核取代反应的进行，因而样品的羧基含量逐步提髙；随阴 离子试剂的用量增加及阴离子化时间的延长，试剂与瓜尔胶 活性羟基的接触机会增多，样品的羧基含量得到提髙；提髙 反应温度，有利于瓜尔胶粉末的膨胀，增加了反应物分子间的 碰撞，反应速率得到提髙。由表1中的数据经极差分析可知， 各因素对产品羧基含量影响的顺序依次为：碱用量、阴离子 化试剂用量、碱化时间、阴离子化时间和反应温度；影响羧基 含量的各因素最优组合为：A2B3C3D3E0因此较佳的工艺条 件为：碱化用碱量0.50%,阴离子化试剂与原料摩尔比为0.3 :1,碱化时间60min,阴离子化时间3h,反应温度80C。

2.2红外光谱

图1为原料阳离子瓜尔胶与两性瓜尔胶（羧基含量为 2.01%)的红外光谱图。由图可知，原料阳离子瓜尔胶的特征 吸收峰为：1489cm-1处为季铵基团上C-H键伸缩振动吸收 峰，1420cm-1处为C-N吸收峰，2360cm-1处为NH4+的振动吸 收峰；而两性瓜尔胶样品在1611cm-1处出现了羧甲基的特征 吸收峰，表明氯乙酸钠与原料阳离子瓜尔胶发生反应，所得

28肀年取*第32卷第12期2011年6月 产物为两性瓜尔胶。

3两性瓜尔胶对卷烟纸助留助滤效果的影响

3.1不同指标的两性瓜尔胶对卷烟纸助留助滤及纸页性能 的影响

表2为不同羧基含量的两性瓜尔胶样品对卷烟纸助留助 滤及纸页性能的影响。由表2可知，随样品羧基含量提髙，混 合浆料打浆度逐渐下降，卷烟纸总留着率和灰分逐渐提髙； 与此同时，两性瓜尔胶的制备及其助留助滤性能的研究，随灰分的增加，卷烟纸强度指标出现下降趋势。综 合考虑，本实验选择样品AGG-3(羧基含量2.01%)。

3.2不同用量的两性瓜尔胶对卷烟纸滤水性能的影响

图2为两性瓜尔胶样品AGG-3在不同用量下对卷烟纸 浆料滤水性能的影响。由图2可知，随着两性瓜尔胶用量的增 加，卷烟纸浆料打浆度不断下降，即助滤效果越好，但加入量 超过0.06%时，打浆度下降的幅度变小。这是因为一定的纤维 表面积只能吸附一定量的两性瓜尔胶，当纤维吸附一定量的 两性瓜尔胶后，其本身可提供的吸附点减少，此时加大用量， 则两性瓜尔胶被纤维吸附留着的比例下降，因而对滤水改善 的幅度降低。综合考虑，两性瓜尔胶的适宜用量为0.06%，在 此条件下卷烟纸浆料打浆度达到32°SR，下降13.5%。

3.3不同用量的两性瓜尔胶对卷烟纸总留着率和灰分的影响

表1正交实验结果

实验

编号A碱用量

%B阴离子化 试剂用量 摩尔比C碱化 时间 minD反应 时间 hE反应 温度 C羧基

含量

%

#10.250.1:1201500.41

#20.250.21402600.53

#30.250.31603701.68

#40.250.41804800.37

#50.500.1:1403801.59

#60.500.2:1204701.86

#70.500.3:1801602.11

#80.500.4:1602502.21

#90.750.1:1604600.70

#100.750.2:1803500.91

#110.750.3:1202801.87

#120.750.4:1401701.16

#131.000.1:1802700.55

#141.000.2:1601802.01

#151.000.3:1404502.11

#161.000.4:1203601.71

均值10.7480.8141.4601.4211.411

均值21.9401.3251.3491.2901.260

均值31.1611.9421.6501.4721.313

均值41.5951.3620.9861.2601.459

极差1.1921.1280.6640.2120.199

 

了be为no/ogy•技术进步 

 

波数cm-

0 7 4 1 8 9 8 8 8 7

0/0M泰細雄

 

0.00

0.02

0.04

助剂加入量％

0.06

0.0

75

8

 

图1阳离子瓜尔胶与两性瓜尔胶的红外光谱图

图3不同用量的两性瓜尔胶对卷烟纸总留着率的影响 

〇:(0。侧^!!|

 

30 L

0.000.020.040.060.08

助剂加入量％

4 1

 

0.00

0.02

0.04

助剂加入量％

0.06

0.08

5

 

图2不同用量两性瓜尔胶对卷烟纸滤水性能的影响

图3、图4为两性瓜尔胶样品AGG-3在不同用量下对卷烟 纸总留着率和灰分的影响。由图3和图4可知，随两性瓜尔胶用 量的增加，卷烟纸纸料总留着率和灰分逐渐增大，在用量为 0.06%时达到最大值85.92%和15.67%,分别提髙了14.0%和 151.9%。这是因为两性瓜尔胶中的阴离子基团对系统中的电 荷可以起到一定的平衡作用，同时消除杂阳离子基团的影响； 阳离子基团极易与带负电荷的纤维与填料等靠静电引力相互 吸附，并会产生絮凝现象，这种絮凝作用能将细小纤维和填料

包裹在微絮聚团内，提髙细小纤维与填料的留着率。

3.4两性瓜尔胶与阳离子瓜尔胶效果对比

图5为两性瓜尔胶(AGG-3)与阳离子瓜尔胶在卷烟纸中 助留助滤效果的比较。由图5可知，两性瓜尔胶和阳离子瓜尔 胶均有明显的效果，相比阳离子瓜尔胶，两性瓜尔胶的效果 更优。在用量为0.06%时，与阳离子瓜尔胶相比，卷烟纸打浆

图4不同用量两性瓜尔胶对卷烟纸灰分的影响

随两性瓜尔胶用量的不断提升，卷烟纸总留着率和灰分不断提 髙，助滤效果不显著，在两性瓜尔胶与非离子瓜尔胶质量比为 3:7时，总留着率和灰分达到最大值81.92%和14.21%;非离子 瓜尔胶作为造纸增强剂使用，卷烟纸强度得到了明显增强，在 质量比为2:8时，各项强度指标达到最大，两性瓜尔胶的制备及其助留助滤性能的研究，而此时总留着率和 灰分也达到了较髙水平。综合考虑，该体系的较佳配比是两性 瓜尔胶与非离子瓜尔胶的质量比为2:8,在此条件下总留着率 和灰分为81.63%和14.14%,分别提髙8.0%和127.3%;抗张指 数、撕裂指数、耐破指数和裂断长等强度指标达到27.68N.m/ g、9.08mN.m2/g、1.75kPa.m2/g和1622m,分别提髙12.3%、 10.9%、18.6%和24.1%。

4结论

4.1半干法制备两性瓜尔胶的较佳工艺条件为：碱化用碱 

表2不同羧基含量的两性瓜尔胶对卷烟纸助留助滤及纸页性能的影响

序号羧基含量打浆度总留着率

% ° SR %灰分

%抗张指数 N.m/g撕裂指数 mN.m2/g耐破指数 kPa.m2/g裂断长

m

空白03775.596.2224.658.191.611339

AGG-10.553384.5514.3720.636.591.641156

AGG-21.163484.7714.6121.677.171.571247

AGG-32.013285.9215.6724.738.211.511331

AGG-42.213483.9114.8223.638.121.551337

注：助剂添加量为0.06%,浆料配比（以下实验相同）：针叶木：阔叶木=3: 7。

Jun., 2011 Vol.32, No.12 China Pulp & Paper Industry 29

度下降5.9%,总留着率和灰分分别提髙了 2.5%和13.4%。

3.5两性瓜尔胶和非离子瓜尔胶在卷烟 纸中的复配应用

表3为两性瓜尔胶和非离子瓜尔胶在 卷烟纸中复配使用时对纸张性能的影响。 两性瓜尔胶的制备及其助留助滤性能的研究，由表3可知，在该体系中助剂总用量为1%, 

0/0餅狮關也'

%畜

crso^^Lf

□空白

□阳离子瓜尔胶 两性瓜尔胶

 

打浆度

总留着率

灰分

图5两性瓜尔胶与阳离子瓜尔胶助留助滤效果对比

注：助剂用量为0.06%。

表3两性瓜尔胶和非离子瓜尔胶在卷烟纸中的复配应用

助剂打浆度总留着灰分抗张指数撕裂指数耐破指数裂断长

添加量率％%N.m/gmN_m2/g kPa.m2/gm

空白3775.596.2224.658.191.611339

1:94576.5012.0025.548.541.751483

2:83981.6314.1427.689.081.911622

3:73981.9214.2126.598.241.791410

4:63981.4613.8625.037.841.621350

5:53781.1713.0724.577.021.571327

注：表中助剂添加量为两性瓜尔肢与非离子瓜尔肢质量比，助剂总用量

占绝干纤维1%。

量0.50%,阴离子化试剂与原料摩尔比为0.3:1，两性瓜尔胶的制备及其助留助滤性能的研究，碱化时间 60min,阴离子化时间3h,反应温度80"C。

4.2与阳离子瓜尔胶相比，两性瓜尔胶具有更优的助留助滤 效果。羧基含量为2%左右的两性瓜尔胶效果较佳。用量为 0.06%时，卷烟纸打浆度下降13.5%,纸料总留着率和灰分提 髙率分别为14.0%和151.9%。

Headbox (流装箱）

4.3两性瓜尔胶与非离子瓜尔胶复配使用，可同时达到助留助滤和增强的效果。在两性瓜尔胶与非离子瓜尔胶质量比为2:8时，卷烟纸总留着率和灰分分别提髙8.0%和127.3%;抗张指数、撕裂指数、耐破指数和裂断长等强度指标分别提高。