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桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用

发布日期:2015-02-26 14:00:44

桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用和桑枝皮

桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用,羧甲基絆维素钠(CMC)是一种能改善纸张强度的重要纸机湿部添加剂。以桑枝皮纤维为原料制备2种取代度(DS) 的CMC,并将其与聚丙烯酰胺(CPAM) —起添加到针叶木浆中,研究不同取代度桑枝皮CMC及其用量对纸张强度的影响,探 讨桑枝皮CMC和CPAM 2种助剂在纸机湿部的协同效应。结果显示桑枝皮CMC能改善纸张的强度,但其效果因桑枝皮CMC 取代度及用量不同而有所差异。添加DS为0.97的桑枝皮CMC时,当用量占绝干浆质量0.4%~0. 8%的范围内均可使纸页 的抗张强度显著提高,其中用量为绝干浆质量的0. 8%时达最大;当桑枝皮CMC的添加量低于绝干浆质责的0.4%时,对纸张 耐破度、撕裂度和耐折度等强度指标影响不大,纸张铎度改善主要是CPAM添加的作用。在纸机湿部添加DS为0.52的桑枝 皮CMC时,对纸张的强度改善效果不明显。研究结果提示,应用阴离子桑枝皮CMC和阳离子CPAM作为纸机湿部添加剂改 善纸张择度,须将桑枝皮CMC的取代度和用量控制在合适范围内才能发挥2种添加剂的协同作用。

我国造纸工业采用的原料主要有草类纤维、废 纸和木浆纤维等。桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用,草类纤维和废纸的来源丰富,但 草类纤维较木浆纤维短且有较多杂质,而废纸作为 原料其品质和强度也明显较木浆纤维差,再加上填 料使用量的增加,更是导致成品纸张的强度较差。 因此,如何解决由于草类纤维和废纸的原料性能不 足及高用量填料造成纸张强度差的问题,满足人们 对髙档次、低定量纸张的需求,成为造纸业亟待创新 的重要技术之一。
澳门威利斯人88038(CMC)是以高纯度棉短绒为 原料,与氯乙酸在碱性条件下发生碱化、醚化反应而 制得的纤维素醚类物质。由于羧甲基的引入,CMC 易溶于水形成透明而有粘性的胶体溶液。将该粘性 溶液加人纸桨悬液后,CMC易与纸浆纤维和填料粒 子发生亲和作用,同时又因自身带负电荷的纸浆纤 维和填料粒子的负电性增加,微粒间排斥力增强,使 纸浆悬液中纤维和填料更均匀地分散,从而改善纸 张匀度[1_3]。此外,CMC分子结构中含有的羧甲基 又可以与纸浆纤维上的羟基发生化学水合作用,使 纤维之间通过自身的架桥作用形成更多的氢键结 合,从而增加了纤维与纤维之间的结合力,提高成品 纸张的物理强度。因此,CMC作为一种纸机湿 部添加剂在国际造纸业中的使用越来越广泛。然 而,目前我国造纸工业中所用CMC仍大部分依赖于 进口,其质量稳定、品种多,使用效果好,但价格昂 贵,增加了企业的生产成本。
本课题组曾以蚕桑生产中的废弃桑枝皮为原 料,采用化学处理工艺,从桑枝韧皮中提取出桑皮果 胶、纤维素等有效成分,使蚕桑废弃资源实现高值化 应用成为可能[64]。本项研究基于前期建立的桑枝 皮CMC制备工艺[9],以自制桑枝皮纤维为原料,通 过调整醚化温度,合成了 2种取代度(DS)的桑枝皮 CMC,并将其与阳离子型配伍助剂聚丙烯酰胺 (CPAM) —起添加到针叶木浆中,初步探讨桑枝皮 CMC作为纸机湿部助剂对针叶木浆纸张强度的影 响,以期为改善成品纸张的品质提供新的技术。
1材料与方法
1.1材料及主要试剂
桑枝皮纤维(心纤维素含量为96% ,平均聚合 度为810),由本实验室自制。漂白针叶木浆,由浙 江理工大学纸浆中心提供。
氢氧化钠、异丙醇、氯乙酸、盐酸、无水乙醇、聚 丙烯酰胺等购自杭州米克化工仪器有限企业,均为 分析纯。
1.2桑枝皮澳门威利斯人88038的制备及性能测试
参照文献[9]的方法,称取5 g粉碎后的桑枝皮 纤维,置于三口烧瓶中,加入3.5 g/L NaOH溶液 14. 5 mL和纯异丙醇200 mL,25 t恒温水浴下反应 60 min;再滴加一定量质量分数为50%的氯乙酸乙 醇溶液,恒定碱化用NaOH与醚化用氯乙酸的混合 液(摩尔比2.4:1),分别于70、80 ^下醚化反应60 min。反应结束后用〇• 1 mol/L HC1溶液调节pH值 至中性,再用80%乙醇溶液洗涤去除多余杂质,干 燥,即得桑枝皮CMC样品。
参照国家轻工行业标准QB/T 2318—20〇7《牙 膏用澳门威利斯人88038》的测试方法,对所得桑枝皮 CMC样品的取代度、水分、纯度等指标进行测定;采 用Visco Star+型旋转黏度计在25 T条件下,测定质 量分数为2%的桑枝皮CMC水溶液的零切黏度。
1.3不同样品纸张的制作及性能测试
称取360 g针叶绝干浆,用水配制成质量分数 为7%的浆液,置于Valley打浆机中打浆,每隔一定 时间采用ZQS-100纸浆打浆度测定仪(陕西科技大 学机械厂)测定打浆度(SR),至SR为30°时停止打 浆。浆料放入GBJ-A纤维标准解离器(长春市月明 小型试验机有限责任企业)解离后用水稀释至质量 分数为2%,再加入适量的〇• 1 &/L桑枝皮CMC溶 液,桑枝皮CMC加入量为绝干浆质量的0.2% ~ 1.0%。CPAM加人量为绝干浆质量的0.4%。2种 添加剂加入后搅拌5 min,再静置5 min,然后用 ZQJ^B型抄片机(陕西科技大学机械厂)抄片。制 备的不同样品纸张根据纸浆中添加剂成分及含量分 别命名为纯纸张(P)、〇.4% CPAM纸张"(:)、0. 4% CPAM + x% CMC 纸张(PCCx,x% 为 CMC 的质量 分数,分别为 〇• 2%、0.4%、0. 6%、0. 8%、1. 0% )。
制作样品纸张的物理性能的检测按照国家标 准进行。纸张定量测定参照GB/T 451.2—2002 《纸和纸板定量的测定》,纸张厚度测定参照GB/T 451. 3 — 2002《纸和纸板厚度的测定》,抗张指数测 定参照GB/T 12914—2008《纸和纸板抗张强度的测 定》,耐破度测定参照GB/T 454—2002《纸耐破度的 测定》,撕裂度测定参照GB/T 455—2002《纸和纸板 撕裂度的测定》,耐折度测定参照GB/T 457 — 2008
《纸和纸板耐折度的测定》。
2结果与分析
2.1桑枝皮CMC样品的性能
前期研究发现,醚化反应温度对桑枝皮CMC的 取代度具有显著影响。本试验在控制醚化反应 温度为70 和80丈条件下,制得取代度分别为 0. 97和0. 52的2种桑枝皮CMC样品,其基本性能 如表1所示。2种桑枝皮CMC样品的含水率约为 4. 6%,其溶液的pH值比较接近,均呈中性,且样品 纯度均>96%。对质量分数为2%的桑枝皮CMC 水溶液的黏度测试发现,取代度不同的2种样品 其黏度具有较大差异:桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用,当取代度为0.97时,其黏 度为998.6 mPa‘s;取代度为0.52时,其黏度较 低,为377. 8 mPefs。不同取代度的桑枝皮CMC具 有不同的黏度,这一特性将直接影响2种桑枝皮 CMC样品在纸机湿部的用量及对纸张强度的增强 效果。 
表1 2种取代度桑枝皮CMC样品的性能比较
Table 1 Performance comparison of mulbeny bark CMC samples with two degrees of substitution
样品编号 Sample No.醚化反应温度/t Etherification temperature取代度 Degree of substitution含水率/ % Moisture纯度/% PuritypH值 pH value水溶液黏度/ (mPa-s) Viscosity of aqueous solution
1
270
800.97
0.524.62
4.5896.5
98.97.2
7.6998.6
377.8
 
2.2添加桑枝皮CMC和CPAM对纸张物理性能的 改善效果
2.2.1对纸张均匀性的影响纸张定量和厚度与 纸张的抗张强度、耐破度、撕裂度等性能密切相关。 从表2中的数据可以看出,在相同的工艺条件下,桑 枝皮CMC的取代度及用量对纸张定量和厚度都没 有明显影响,且CPAM的添加也没有产生明显的影 响。所有样品纸张的定量均在67. 2 ~ 69. 7 g/m2之 间,而其厚度在0.152 ~ 0.164 mm之间,说明添加 桑枝皮CMC的纸张具有较好的均匀性。 
表2不同取代度桑枝皮CMC和CPAM添加量对纸张样品均匀性的影响
Table 2 The effects of mulberry bark CMC with different degrees of substitution (DS) and CPAM addition on uniformity of paper pies
样品编号桑枝皮CMC质量分数/ % Mass fraction of mulberry bark CMCCPAM质量分数/ %纸张均匀性 Uniformity of paper
Sample No.DS=0.97DS=0.52Mass fraction of CPAM厚度/ mm Thickness定量 / (g*m~2) Basis weight
1---0.15967.3
2--0.40.16067.2
30.2-0.40.16169.5
40.4-0.40.15868.2
50.6-0.40.15567.3
60.8-0.40.15669.0
71.0-0.40.15268.1
8-0.20.40.15768.4
9-0.40.40.16069.3
10-0.60.40.15969.7
11-0.80.40.15369.3
12-1.00.40.16469.7
 
2.2.2对纸张抗张强度和伸长率的影响纯纸张 (P)、0• 4% CPAM 纸张(PC)以及 0. 4% CPAM + x%桑枝皮CMC的纸张(PCCx)样品的抗张指数和 伸长率分别如图1和图2所示。从图1可以看出, 加人0.4%的阳离子助剂CPAM(表2中2号试 样)后,纸张的抗张指数由最初的35 N*m/g提高到 
40 N-m/g,而当同时加人质量分数0. 2%?1.0%的 桑枝皮CMC(DS=0.97,表2中3 ~7号试样)时,纸 张的抗张指数较P和PC试样均有显著提高,且当 桑枝皮CMC的加人量为0. 8%时,纸张的抗张指数 达到最大,为51 Wm/g,较P和PC试样分别提高了 45. 7%和27, 5%。然而,当加入DS为0.52的桑枝 皮CMC(表2中8 ~12号试样)时,相对于添加等量 高取代度桑枝皮CMC的试样,纸张的抗张指数下 降,但较P试样有所提高,而与PC试样相当,说明 此时纸张抗张指数的增加是由于CPAM的加人而 引起的,即低取代度的桑枝皮CMC对纸张抗张强度 的增强效果不明显。图2显示了 P、PC和PCCx试 样纸张的伸长率。从图2中可以看出,无论是在纸 浆中加人阳离子的CPAM还是阴离子的桑枝皮 CMC助剂,成品纸张的伸长率都没有明昆的变化. 仅当加入质量为绝干浆0.4%的桑枝皮CMC时,纸 张的伸长率略有增大。试验结果说明在纸机湿部添 加助剂对成品纸张伸长率影响不大。
图2不同取代度桑枝皮CMC和CPAM添加置的 纸张样品伸长率比较
Fig. 2 A comparison on elongation uf paper samples from using mulberry bark CMC with different degrees of substitution (DS) and CPAM addition
2.2.3对纸张耐破度的影响图3显示了 P、PC 和PCCx试样纸张的耐破度,以耐破指数为衡量指 标。可以看出,CPAM的添加有利于手抄纸片耐破 性能的提高。同样地,,加人DS为0.97的桑枝皮 CMC时,纸张的耐破指数随桑枝皮CMC添加量的 增加而提高,当质量分数增至〇. 8%时达到最大值 4.48 ldVmVg,之后随着桑枝皮CMC用量的继续 增加,纸张的耐破指数却有所下降。其中,当桑枝皮 CMC添加量低于0. 4%时,纸张的耐破指数虽然较 P试样有所提高,但却低于PC试样;继续增加桑枝 皮CMC用量至质量分数为〇. 6%时,其耐破指数才
DS = 0.97 DS ^ 0.52
p为纯纸张,PC为添加a 4%聚丙烯酰胺,其余 5个试样依次为0. 4%聚丙烯酰胺+ 0. 2%、0. 4%、 a 6%、a 8%丄〇%桑枝皮澳门威利斯人88038,
图2~5同。
P was [»ure pap^r. PC was added with 0. 4% polyacrylamide.
The rest 5 samples were added with 0. 4% polyacrylamide plus 0. 2% , 0. 4% , 0. 6% , 0. 8% and I. 0% mulberry bark sodium curboxymethyl celiuJose, respectively.
The same in Fig. 2 to 5.
图1不同取代度桑枝皮CMC和CPAM添加置的 纸张样品抗张指数比较
Fig. 1 A comparison of tensile index of paper samples from using mulberry bark CMC with different degrees of substitution ( DS) and CPAM addition
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畜 1
图3不同取代度桑枝皮CMC和CPAM添加置的 纸张样品耐破指数比较
Fig. 3 A comparison on burst index of paper samples from using mulbtrry bark CMC with different degrees of substitution (DS) and CPAM addition
 
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髙于PC试样;而当桑枝皮CMC用量增至1.0%时, 纸张的耐破指数又低于PC试样。另一方面,当加 人低取代度(DS =0. 52)的桑枝皮CMC时,在考察 用量范围内,纸张的耐破指数基本不变,且均显著低 于PC试样。
2.2.4对纸张撕裂度的影响图4显示了 P、PC 和PCCx试样纸张的撕裂度,以撕裂指数为衡量指 标。可以看出,阳离子助剂CPAM的加人对纸张的 撕裂度没有显著影响,当加人质量分数为0. 2%的2 种取代度的桑枝皮CMC时,对纸张的撕裂度影响不 大,而当加人量增至0. 4%时,2种取代度的桑枝皮 CMC都提高了纸张的撕裂指数,且高取代度桑枝皮 CMC的增强效果比低取代度的好。然而,当桑枝皮 CMC添加量继续增大时,纸张的撕裂指数逐渐降 低,但都稍高于P和PC试样或与之相当。分析原 因可能是:阳离子聚丙烯酰胺本身就是一种增强剂, 当加人少量桑枝皮CMC时并不影响其增强效果;当 桑枝皮CMC的质量分数大于0.4%时,反应体系中 出现较多的负电荷,增加了带负电荷的纤维与CMC 电离产生的负离子间的静电排斥作用,使得CMC不 易吸附在纸浆纤维表面,从而无法通过纤维间的氢 键吸附到纤维表面,起到增强效果。因此,只有加人 一定量的桑枝皮CMC,使其水溶液电离出适量的 一 CH2C00—基团,羧甲基才会与纤维上的羟基发 生反应,增加纤维间的结合力,使CMC与CPAM产 生较好的协同作用,增加纸张的撕裂度。
2-2.5对纸张耐折度的影响按GB/T 457—2008 《纸和纸板耐折度的测定》所述方法,测量各试样宽 度为15 mm纸张的耐折次数,所测数据均为双折次 数,结果如图5所示。可以看出,CPAM的加入对纸 张的耐折次数有明显提髙;而随着桑枝皮CMC添加 量的增加,纸张耐折度先增加,之后开始下降,且无 绝是高取代度还是低取代度的桑枝皮CMC,当质量 分数达〇. 4%时,试样耐折度均最大,其耐折次数分 别为92和82次。此外,添加DS为0. 97或0, 52的 桑枝皮CMC,前者的纸张耐折性能优于后者。
画 DS = 0.97 1=1 DS = 0.52
图5不同取代度桑枝皮CMC和CPAM添加量的 纸张样品耐折次数比较
Fig. 5 A oomparison on folding endurance of paper samples from using mulberry bark CMC with different degrees of substitution ( DS) and CPAM addition
3结论
本试验制备的桑枝皮CMC样品具有不同的取 代度,桑枝皮澳门威利斯人88038作为纸机湿部添加剂的应用,作为纸机湿部添加剂对纸张强度的增强作用 与其取代度和用量直接相关。当喿枝皮CMC添加 量低于绝干浆质量的0.4%时,少量阴离子桑枝皮 CMC的加人不能使纸张耐破度得到明显提高,对纸 张撕裂度和耐折度也影响不大,其增强作用主要是 由于CPAM的添加而引起的。当添加DS为0.97 的桑枝皮CMC,其用量为绝干浆质量的0.4% ~ 〇. 8%时,纸浆中有足够量的阴离子与阳离子达到良 好的协同效应,分子内形成稳固的氢键,纸张的抗张 强度、耐破度、撕裂度和耐折度均显著提高;而当添 加低取代度的桑枝皮CMC(DS = 0. 52)时,由于其本 身分子链上的负电荷数量少,加人纸浆中可能使得 部分阳离子CPAM与其发生中和反应,由此减弱了 CPAM的增强作用,与只含0.4%CPAM的试样相 比,纸张的抗张强度和耐破度反而有所降低。因此, 阳离子的CPAM和阴离子的桑枝皮CMC助剂对纸 张的协同效应必须将CMC取代度和用量控制在合 适范围内才能显现,从而达到改善纸张均匀性并提 高其机械强度的目的。
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