无机电解质协同淀粉包覆法提高纸浆纤维成纸性能的研究

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由于我国森林资源缺乏,非木材纤维原料和二次纤维原料在造纸工业原料中将长期占据着较大的比重,因此有效使用木材资源,合理开发利用非木材资源,重复利用二次纤维是我国制浆造纸工业发展的重要课题。因在化学机械浆、麦草化学浆和废纸浆抄造优质纸页的过程中,更需要加入各种化学品以提高纸页的质量,故以淀粉及其衍生物作为化学助剂的使用就显得及其重要。在现行的造纸湿部过程中,主要是将淀粉糊化后的胶液直接添加到浆料中进行混合,淀粉通过静电吸引作用以最大吸附量吸附在纸浆纤维表面,没有被纸浆纤维吸附上的淀粉就会游离分散在纸浆纤维浆液中。淀粉在纸浆纤维表面的吸附量直接影响成纸纸页的质量,为此,开展对高添加量淀粉在纸页中的留着问题的研究工作,对于企业在抄纸过程中用好淀粉具有重要的意义。基于层层自组装技术及阴阳离子静电吸附作用的理论基础,通过正交试验和单因素试验相结合的方法分别在碱性过氧化氢化学机械浆(APMP)、麦草化学浆和旧瓦楞纸箱(OCC)纸浆纤维表面依次包覆阳离子淀粉、阴离子淀粉和阳离子淀粉,主要讨论无机电解质种类、无机电解质浓度、纸浆浓度、每次淀粉用量、体系的pH和每次吸附时间对纸浆纤维表面淀粉吸附量的影响。在无机电解质协同淀粉包覆纸浆纤维最佳工艺条件下,对纸浆纤维进行多层包覆,讨论了淀粉包覆层数对纸浆纤维表面淀粉吸附量及纸浆Zeta电位的影响,同时将AlCl3协同淀粉三层包覆纸浆纤维成纸物理强度指标分别与空白样、吸附单层阳离子淀粉的试样和交替吸附三层阳/阴/阳离子淀粉的试样作对比。当AlCl3的浓度为36mmol·L-1,纸浆浓度为4.0%,每次吸附时间为15min,每次淀粉用量为11mg·g-1纤维,pH为5.0时,AlCl3协同淀粉三层交替包覆APMP浆纤维表面淀粉吸附量为31.48mg·g-1纤维;其成纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数及环压指数同未吸附淀粉的空白样相比分别增加了51.93%、76.35%、110.61%和50.99%,同吸附单层阳离子淀粉的试样相比较分别增加了22.52%、28.32%、51.09%和18.83%;同交替吸附三层阳/阴/阳离子淀粉的试样相比较分别增加了9.30%、11.53%、15.83%和9.45%;淀粉八层交替包覆APMP浆纤维表面的淀粉吸附量为63.36mg·g-1纤维,纸浆Zeta电位为-5.36mV。当AlCl3的浓度为12mmol·L-1,纸浆浓度为4.0%,每次吸附时间为10min,每次淀粉用量为9mg·g-1纤维,pH为5.0时,AlCl3协同淀粉三层交替包覆麦草化学浆纤维表面淀粉吸附量为24.03mg·g-1纤维;其成纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数及环压指数同未吸附淀粉的空白样相比分别增加了45.19%、66.17%、21.38%和35.60%,同吸附单层阳离子淀粉的试样相比较分别增加了23.05%、28.74%、9.32%和16.03%,同交替吸附三层阳/阴/阳离子淀粉的试样相比较分别增加了10.84%、13.82%、5.39%和8.22%;淀粉八层交替包覆麦草化学浆纤维表面的淀粉吸附量为46.08mg·g-1纤维,纸浆Zeta电位为-2.69mV。当AlCl3的浓度为108mmol·L-1,纸浆浓度为5.0%,每次吸附时间为10min,每次淀粉用量为7mg·g-1纤维,pH为5.0时,AlCl3协同淀粉三层交替包覆OCC纸浆纤维表面淀粉吸附量为17.43mg·g-1纤维;其成纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数及环压指数同未吸附淀粉的空白样相比分别增加了39.04%、30.95%、31.65%和117.05%,同吸附单层阳离子淀粉的试样相比较分别增加了19.86%、10.07%、11.83%和59.66%,同交替吸附三层阳/阴/阳离子淀粉的试样相比较分别增加了11.27%、5.64%、8.33%和18.05%;淀粉八层交替包覆OCC纸浆纤维表面的淀粉吸附量为35.28mg·g-1纤维,纸浆Zeta电位为-6.54mV。
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