介绍了一种新类型造纸助剂--瓜尔胶及其改变化学性质产物,揭示了其内在的分子结构特点及行为特性,并阐述其性能优越的根本原故。实验表明,它能适应现代企业零排放的规定,在增大纸页留着和滤水的同时能维持或提升纸页匀度,是那种前景广阔的绿色环保助剂。
关键词:纸张助剂;瓜尔胶;阳离子瓜尔胶;助留助滤 瓜尔胶,英语名为“guargum”,是从广泛种植技术于印巴次大陆的一类豆科植物--瓜尔豆中获取的一种高纯化天然多糖。
出于其特有的分子结构性能及天然无害性,让其高效变成特性卓越的新类型绿色环保纸浆助剂;与此同时它还被广泛应用于食物、石油、药品等层面。瓜尔胶就分子结构来说是一类非离子多糖,它以聚甘露糖为分子主链,D-吡喃甘露糖单元相互之间的以β(1-4)苷键连合。而D-吡喃半乳糖则以α(1-6)键连接在聚甘露糖主链上。
瓜尔胶中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为2∶1,即每隔一甘露糖单位连接着一种半乳糖分叉。
文献中报道,瓜尔胶的分子量在220000左右。瓜尔胶分子的最好特点也即最高优点便是与纤维素布局极其类似,这种相似性使它对纤维素有极强的亲和性,称之为立刻性(substantivity)。瓜尔胶的最初发生是当作刺槐豆胶(Locustbeangum)的替代品而发生的。
在此之前,刺槐豆胶被普遍应用于工业生产并造成了需求紧张。后来研究证实,虽然瓜尔胶和刺槐豆胶均为聚半乳糖甘露糖,但两者在化学组成和行为上有着明显的分辨。
刺槐豆胶要满足最高粘度需要很高的温度水煮,而瓜尔胶在冷清水就能水化。化学构成上,刺槐豆胶平均每4个甘露糖单位才有1.5个乳糖支链。
于是瓜尔胶分叉单元数为刺槐豆胶的两倍。而这被认为是瓜尔胶比刺槐豆胶更容易水化和氢键组合活性更大的主要原因。除此之外,瓜尔胶的造价仅是刺槐豆胶的一半。
瓜尔胶直链上没有非极性基团,大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧,而且半乳糖支链并没有盖住活泼性质的醇羟基。所以瓜尔胶具备最大的氢键组合面积,当与纤维结合时,完成的氢键组合距离短,结合力大。
为赋予瓜尔胶更好的使用性能,通常对瓜尔胶原粉持续化学改性。瓜尔胶的改性主需要有两个方向:一是在分子链上引进阳离子极性,从而实现些许的正电性。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化化合反应变成阳离子瓜尔胶。这些带正电的改变化学性质瓜尔胶便可以与带负电的纤维、增量剂电荷相互作用因而提高原有的助留、助滤和增强成效。
另一改性方向应是设法增长瓜尔胶分子链的长度,增大其分子量,因而增强其架桥贯串能力。
阳离子瓜尔胶在冷清水可溶,这与阳离子淀粉对比是一个很大长处。
同时,非常多淀粉分子完成螺旋状结构,而瓜尔胶分子则完成直链构造。
因而瓜尔胶的活泼性质极性比阳离子淀粉更容易与纤维接近,因而适量的阳离子瓜尔胶便也许满足较多量阳离子淀粉方可成功达到的应用效应。当今,聚丙烯酰胺和改性淀粉普遍应用于造纸中的助留助滤剂。但其作用只可满足一定程度。
它们在增加滤水的与此同时可可以使纤维极度凝聚,因而减低纸页匀度和硬度。天然瓜尔胶作为造纸助剂时,能够增强纸页密度,降低灰斑形成并增大纸页匀度。但它的缺陷应是引起滤水难题,从而降低了产能或增强了干燥部负荷。
而经由化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。
测验发觉,这些改变化学性质的瓜尔胶能够在提升提高纸页滤水的与此同时保持或提高纸页匀度;经过附着微细纤维和粒子能够更多提高滤水,与此同时提高一回留着率。
而在过去,这两方面都是互斥的。因阳离子瓜尔胶的有效性关键决定于它与纤维的相合性(即立刻性),因此它并不与“阴离子垃圾”反应。鉴于这一点,阳离子瓜尔胶在黑液的存在下仍能有效地显现效果。相比新闻纸、未漂硫酸盐浆、废纸张等包含很多杂质的浆料,紧随紧闭水循环的传播,阴离子垃圾的积聚将明显增加。
这则会造成很多守旧的造纸助剂如阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)等失去效果效果。阳离子瓜尔胶能够有效地克制这方面。
分析实验发觉,阳离子瓜尔胶在Zeta电位从-8mV到0mV范围之内成效最佳。该Zeta电位界限与绝大部分造纸进程相吻合。国际对瓜尔胶作为造纸加强剂、助留助滤剂、絮凝剂、打浆增粘剂等层面都进行了深切的实验。好多成果应用于造纸实践中。
Lindstrom和Soremark将高分子助剂被浆料吸收并发挥作用的进程分成三步: ①助剂超高分子从试剂向试剂-纤维界面迁移; ②穿过界面; ③助剂超高分子与纤维从新组织散布并且在外表形成氢键组合。
②或③是决定性顺序。
注：山东东达生物化工有限公司仅生产销售工业级瓜尔胶（瓜尔豆胶）。