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              瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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              天然的造紙助劑瓜爾膠

              發布日期:2015-01-19 15:51:52

              造紙助劑

              介紹了一種新型造紙助劑——瓜爾膠及其改性產物,揭示了其內在的分子結構特點及 行為特性,并闡述其性能優越的根本原因。研究表明,它能適應現代工廠零排放的要求,在提 高紙頁留著和濾水的同時能保持或提高紙頁勻度,是一種前景廣闊的環保助劑。

              瓜爾膠,英文名為“ guar gum”, 是從廣泛種植 于印巴次大陸的一種豆科植物一瓜爾豆中提取 的一種高純化天然多糖。由于其獨特的分子結構 特點及天然性,使其迅速成為性能優越的新型環 保造紙助劑;同時它還被廣泛應用于食品、石油、 醫藥等領域。
              瓜爾膠就分子結構來說是一種非離子多糖, 它以聚甘露糖為分子主鏈,D-吡喃甘露糖單元 之間以坆1-4)苷鍵連接。而D-吡喃半乳糖則 以a( 1-6)鍵連接在聚甘露糖主鏈上。瓜爾膠中 甘露糖與半乳糖單元之摩爾比為2: 1,即每隔一 甘露糖單元連接著一個半乳糖分支。文獻中報 道,瓜爾膠的分子量在220 000左右。瓜爾膠分子 的最大特點也即最大優點便是與纖維素結構非常 相似,這種相似性使它對纖維素有很強的親和性,
              稱之為直接性(substantivity)。
              瓜爾膠的最初出現是作為刺槐豆膠(Locust bean gum)的替代品而產生的。在此之前,刺槐豆 膠被廣泛應用于工業生產并造成了需求緊張。后 來研宄證明,雖然瓜爾膠和刺槐豆膠均為聚半乳 糖甘露糖,但二者在化學組成和行為上有著明顯 的區別。刺槐豆膠要達到最大粘度需要高溫水 煮,而瓜爾膠在冷水中就可以水化?;瘜W組成上, 刺槐豆膠平均每4個甘露糖單元才有1. 5個乳糖 支鏈。所以瓜爾膠分支單元數為刺槐豆膠的2 倍。而這被認為是瓜爾膠比刺槐豆膠更容易水化 和氫鍵結合活性更大的主要原因。除此之外,瓜 爾膠的成本僅是刺槐豆膠的一半。
              為賦予瓜爾膠更好的使用性能,通常對瓜爾 膠原粉進行化學改性。瓜爾膠的改性主要有兩個 方向:一是在分子鏈上引入陽離子基團,從而獲得 一定的正電性。如用季銨鹽3-氯2-羥丙基氯 化銨與瓜爾膠原粉在有機溶劑中醚化反應生成陽 離子瓜爾膠。這種帶正電的改性瓜爾膠便可以與 帶負電的纖維、填料粒子相互作用從而提高原有 的助留、助濾和增強效果。另一改性方向便是設 法增加瓜爾膠分子鏈的長度,增大其分子量,從而 增強其架橋連接能力。
              陽離子瓜爾膠在冷水中可溶,這與陽離子淀 粉相比是一個很大優勢。另外,許多淀粉分子形 成螺旋狀結構,而瓜爾膠分子則形成直鏈結構。 所以瓜爾膠的活性基團比陽離子淀粉更容易與纖 維接近,從而少量的陽離子瓜爾膠便可能達到較 多量陽離子淀粉才能達到的使用效果。
              當今,聚丙烯酰胺和改性淀粉廣泛應用于造 紙中的助留助濾劑。但其效果只能達到一定程 度。它們在提高濾水的同時可能使纖維過度凝 聚,從而降低紙頁勻度和強度。天然瓜爾膠作為 造紙助劑時,可以提高紙頁強度,減少灰斑形成并 提高紙頁勻度。但它的缺點便是造成濾水困難, 從而降低了產量或提高了干燥部負荷。而經過化 學改性的兩性或陽離子瓜爾膠則在很大程度上克 服了這一弊病。實驗發現,這些改性的瓜爾膠能 在提高紙頁濾水的同時保持或提高紙頁勻度;通 過吸附細小纖維和粒子可以進一步改善濾水,同 時提高一次留著率。而在過去,這兩方面都是互 斥的。
              由于陽離子瓜爾膠的有效性主要取決于它與 纖維的親和性(即直接性;),所以它并不與“陰離子 垃圾”反應。鑒于這一點,陽離子瓜爾膠在黑液的 存在下仍能有效地發揮作用。對于新聞紙、未漂 硫酸鹽漿、廢紙漿等含有較多雜質的漿料,隨著封 閉水循環的推廣,陰離子垃圾的積累將顯著增加。 這便會使得許多傳統的造紙助劑如陽離子聚丙烯 酰胺(CPAM)等失去作用效果。陽離子瓜爾膠可 以有效地克服這一點。實驗研究發現,陽離子瓜 爾膠在Zeta電位從-8 mV到0 mV范圍內效果最 好。該Zeta電位范圍與絕大部分造紙過程相吻
              n 〇
              國外對瓜爾膠作為造紙增強劑、助留助濾劑、 絮凝劑、打漿增粘劑等領域都進行了深入的研究。 許多成果應用于造紙實踐中。
              Lindstrom和Soremark將局分子助劑被衆料吸 收并發揮作用的過程分為三步:①助劑高分子從 溶液向溶液一纖維界面迀移;d穿過界面;_劑 高分子與纖維重新組織分布并在表面形成氫鍵結 合。d或③是決定性步驟。Derek Abson等人在 此基礎上對4種造紙助劑陽離子淀粉(CS)、陽離 子聚丙烯酰胺(CPAM)、陽離子瓜爾膠(CGG)、陽 離子聚乙烯醇(CPVA)的助留助濾效果在動態濾 水儀上進行了實驗研宄。他們發現,步驟①是決 定性一步。在4種陽離子助劑中,雖然陽離子瓜 爾膠第@的迀移吸收速率最慢,但無論對細小 纖維還是填料,其助留助濾效果都是最好的。
              Swanson研宄表私0. 5%的分散刺槐丑膠加 入漂白亞硫酸鹽漿可以降低70%的打漿時間并 提高32%的耐破度。而瓜爾膠被認為效果更佳。 Mason認為瓜爾膠作為絮凝劑時會覆蓋于纖維表 面,并像潤滑劑一樣使粗糙表面平滑,從而使纖維 滑過時不廣生纏結。John W. Swanson也認為瓜 爾膠使紙頁勻度改善并不是因為它對纖維有分散 作用,而是因為延緩了纖維的凝聚和纏結。
              瓜爾膠使用簡單,不需要單獨溶解設備,沒有 分子鏈的剪切降解問題,無毒無害。陽離子瓜爾 膠也可以與陽離子淀粉及合適的有機酸混合后作 為增強和助濾劑,它比單獨使用陽離子瓜爾膠或 陽離子淀粉效果都好。隨著對瓜爾膠研宄的深入,這種天然的高分子造紙助劑必定會在現代化 的造紙工業中發揮更大作用。
               
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