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    瓜爾膠的性質及其在卷煙紙生產中的應用

    發布日期:2015-01-23 20:21:33

    卷煙紙

    瓜爾膠能夠有效地改進填料及細小纖維的留著,改善紙張的強度、透氣度、表面性能等指標, 而且瓜爾膠無毒副作用,適合卷煙紙和食品包裝紙的生產。文章對瓜爾膠的化學結構和性能特點及應 用等進行了簡述,并進行了實驗室實驗和生產對比試驗。

    瓜爾膠是一種植物膠, 可以從角豆樹的果實和瓜 爾豆中提取。角豆樹(Carol ) 是一種多年生灌木,主要生 長在地中海沿岸,瓜爾豆 (Cyamopsis tetragonolobus) 是一年生豆科植物,主要生 長在印度、巴基斯坦和美國得克薩斯州等類似沙漠的 地區,適合在晝夜溫差大和雨水充足的地區生長,目 前使用的瓜爾膠基本上都是從瓜爾豆中提取的。成熟 后的瓜爾豆經過脫皮處理后,送到研磨加工工廠,通 過熱化學處理的方法使瓜爾豆分離成胚乳薄片、胚芽 和皮。胚芽往往作為蛋白質含量很高的動物飼料應 用。胚乳薄片在研磨加工廠被加工成瓜爾膠。近幾年 來,瓜爾膠(guar gum )系列助劑在卷煙紙行業中得到 了廣泛應用,瓜爾膠用于卷煙紙不但具有優良的助 留、助濾和增強效果,而且抄成的紙在燃燒時沒有異 味,滿足卷煙用紙的需要。目前,在國內的各大卷煙紙 廠中,瓜爾膠已基本取代了淀粉成為增強、助留、助濾 劑和紙張表面性能改進劑。
    1瓜爾膠的結構與性能特點
    1.1瓜爾膠的化學結構
    瓜爾膠是以冷-1,4-D-甘露吡喃糖單元為骨架連 接形成主鏈(見圖1、圖2),每兩個甘露吡喃糖單元有 a-l,6連接的半乳吡喃糖單元作為側鏈,相對分子質 量約為22萬。由于瓜爾膠具有與纖維素相類似的結 構,所以能夠在纖維表面快速吸附,并能為纖維之間 • 34 • 形成氫鍵提供大量的羥基,從而能夠有效地促進纖維 之間的結合。此外,瓜爾膠還可以提高填料和細小纖維 的留著,同時還可以避免纖維間的不良絮聚,提高紙頁 勻度。
    1.2瓜爾膠的類型、性能特點及其應用 1.2.1瓜爾膠的類型
    多年以來,瓜爾膠一直是造紙用有效助劑,按其用 途來分類可以分為漿內添加、表面施膠和用于涂布的 瓜爾膠。在漿料中添加瓜爾膠具有以下優點:①提高紙 張的抗張強度;②提高表面強度,改善印刷適性;③提 高填料、細小纖維的留著率;④改善成紙勻度,瓜爾膠 以微絮聚的方式改善紙機網部的濾水性能,紙張的勻度不會被破壞;⑤減小紙張的兩面差;⑥提高紙板的層 間結合強度。
    用于表面施膠的瓜爾膠,對紙張表面性能的改善 尤其明顯:①可以提高紙張的表面強度,改善印刷適 性,對紙張的透氣度不產生影響;②提高抗油性和抗溶 劑性;③提高表面施膠液的穩定性;④可改善涂布性 能;⑤提高紙張表面的親膠性。
    用于涂布的瓜爾膠,可以改善涂料的性能:①提高 涂料的保水性;②改善涂料的流變性。
    1.2.2瓜爾膠的性能特點
    由于瓜爾膠無任何毒副作用,所以通常是生產卷 煙紙和食品包裝用紙的有效專用助劑。為了提高其使 用效果和擴大其應用范圍,還開發了很多瓜爾膠的變 性產品,根據其離子性能的不同可分為陽離子型、陰 離子型、非離子型瓜爾膠以及磷酸瓜爾膠和兩性瓜爾 膠等。幾種進口瓜爾膠的性能見表1。
    各種類型的瓜爾膠有不同的性能和功用,要根據 生產上的具體情況進行選用。
    ①陽離子型瓜爾膠能有效改善助留,顯著提高填 料的留著率,對紙張的勻度沒有太大影響,不影響脫 水。用量一般為0.03%~0.08%,添加點一般在紙機的沖 漿泵之前或在保證均勻分散的情況下直接加到紙機的 流漿箱之前。陽離子型瓜爾膠溶液應稀釋到約0.1&的 濃度后使用。
    ②非離子型瓜爾膠在紙張中主要起到增強劑的作 用,且不影響紙張的透氣度。添加量約為成紙的0.3&' 0.5%,溶解時溶液的濃度盡量不超過1&。在預先溶解 的條件下可加到打漿后的高濃漿池中。非離子型瓜爾 膠能使紙機網部濾水速度得到有效控制,提高水印輥 的運行性能,改善成紙勻度。同時它還具有極強的纖維 分散能力。另外,非離子型瓜爾膠還可用于表面施膠, 改善紙張的表面性能,提高卷煙紙的燃燒質量,改善包 灰質量和包灰顏色。在施膠過程中,還可以與淀粉、羧 甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)等化學品配合使 用。用于表面施膠的非離子型瓜爾膠表面施膠量約為 0.2~0.3g/m2。
    ③陰離子型瓜爾膠可以提高紙張的耐折度,并減少 濕強劑的使用量。陰離子型瓜爾膠的用量一般為成紙的 0.2%~0.4%,溶解時溶液的濃度盡量不要超過1&。
    ④磷酸瓜爾膠是將瓜爾膠磷酸化,使其交聯后得 到的。使用磷酸瓜爾膠對紙張進行表面施膠后,紙張表 面的抗滲透性能得到改善,可節約生產耐油紙時的氟 樹脂和生產剝離紙時硅油的使用量。
    ⑤兩性瓜爾膠是將瓜爾膠進行羧甲基化和季氨基 醚化后得到的。兩性瓜爾膠可用于提高含機械漿紙張 的內部強度和表面強度。由于機械木漿中含有大量的 陰離子雜質,對增強劑的使用有較大的負面影響,但是 兩性瓜爾膠對陰離子雜質的靈敏度最低[2]。陰離子雜質 對兩性瓜爾膠、陰離子型瓜爾膠和聚丙烯酰胺的使用效 果影響見圖3[2]。
    圖3陰離子雜質對紙張增強劑使用效果的影響 1.2.3瓜爾膠的應用
    大多數的瓜爾膠均能溶于冷水中,有些類型的瓜 爾膠需要加檸檬酸調節pH值,并須輕微加熱后溶解。 另外,各種類型的瓜爾膠進行復配使用后能夠取得良 好的效果,如根據有關公司產品資料介紹,陰、陽離子 和非離子型瓜爾膠進行復配,能有效的改善纖維和填 料的留著率,紙張的勻度也較好,參見圖4(其中非離 
    表1幾種進口瓜爾膠的主要性能指標
    粘度/mPa*s水分/%分散性粒徑分布夕卜觀用量/%
    陽離子型2000"9易分散于冷水中—粉末狀0.03-0.08
    陰離子型600±300"14易分散于冷水中粒徑大于250目的粒子"2%:粒徑小于75目的 粒子占90&-100%淡黃色粉末0.2-0.4
    非離子型添加劑14000±800"14易分散于冷水中粒徑大于100目的粒子"2%:粒徑小于75目的 粒子占90&-100%淡黃色粉末0.3-0.5
    非離子型添加劑25000-6000"12易分散于冷水中粒徑小于200目的粒子占96%-98%淡黃色粉末0.3-0.5
    非離子型表面施膠劑70-130"14能分散于冷于中, 加熱能加快溶解.粒徑大于200目的粒子"1%:粒徑小于75目的 粒子占75%淡黃色粉末0.2-0.3
    實驗結果可以看出,非離子型與陽離子 型瓜爾膠進行復配后的使用效果明顯優于單獨使用陽 離子型瓜爾膠。陽離子型瓜爾膠與非離子型瓜爾膠2 進行復配后,除強度和不透明度指標略低于陽離子瓜 爾膠與非離子瓜爾膠1的復配組合外,其他指標如:透 氣度、白度及灰分等均優于陽離子型瓜爾膠與非離子 型瓜爾膠1的復配組合。
    2.2生產試驗
    在實驗室實驗的基礎上,采用陽離子型瓜爾膠和 非離子型瓜爾膠復配在牡丹江恒豐紙業#7長網卷煙 紙機上進行了生產試驗,以比較兩種非離子型瓜爾膠 的使用效果。試驗結果列于表3。
    將表2、表3中的數據進行對比可以看出,生產試 驗結果與實驗室實驗結果基本吻合。結果表明,陽離子 型與非離子型瓜爾膠進行復配使用,能夠顯著提高填 料和纖維的留著并提高紙張的強度等指標,對改善紙 張的燃燒性能也有所幫助。非離子型瓜爾膠2可以取 代目前卷煙紙廠使用的非離子型瓜爾膠1作為內添加 助劑,但非離子型瓜爾膠2在使用過程中,由于其粒度 過小導致在溶解時出現成團現象,給溶解帶來不便, 有待改進,但對紙機的正常運轉及成紙的性能指標并 未產生影響。此外,非離子型瓜爾膠2的使用效果要 略優于非離子型瓜爾膠1的使用效果,且非離子型瓜 爾膠2的成本低于非離子型瓜爾膠1的成本。隨著非 
    表2陽離子型與非離子型瓜爾膠的復配實驗
    瓜爾膠用量
    /%成紙物理指標
    編號瓜爾膠品種定量抗張強度透氣度白度不透明度灰分
    /g*m"2/kN'm"1/CU/$/%/%
    1陽離子型瓜爾膠0.0329.20.60889.71&.083.010.2
    2陽離子型瓜子膠 非離子型瓜爾膠10.03
    0.330.50.67781.11&.384.911.1
    3陽離子型瓜爾膠
    非離子型瓜爾膠20.03
    0.330.20.66798.277.682.612.2
    雖然瓜爾膠作為造紙助劑具有很多 優點,但由于其價格較高,目前還沒有被 普遍使用,僅在某些特定的紙種中有少 量應用,例如在卷煙紙的漿內添加和表 面施膠中就使用瓜爾膠。在卷煙紙的漿 內添加時一般同時使用非離子型瓜爾膠 和陽離子型瓜爾膠,為比較在抄造卷煙 紙時不同類型瓜爾膠的復配效果,降低
    紙廠生產成本,本研究針對不同離子類表3陽離子型與非離子型瓜爾膠的復配生產試驗
    定量
    /g*m"2抗張
    強度
    /kN-m"1伸長
    /%透氣 度 0 CU白度
    0%不透
    明度
    0%填料單程 留著率
    0%包灰
    長度
    0 mm陰燃
    性能
    0 mm燃燒
    速度
    /s
    陽離子型+
    非離子型1(0.114%)21.81.141.4328.589.014.858.6656023.2
    陽離子型+
    非離子型2(0.081%)21.01.181.9230.389.814.351.0656020.3
    陽離子型+
    非離子型2(0.145%) 陽離子型+21.81.141.8630.289.614.660.1656021.0
    非離子型2(0.114%)21.41.141.1830.389.514.058.3656020.9
    China Pulp & Paper V〇1.22,N〇.2,2003
    型和不同生產廠家的瓜爾膠進行了實驗 室實驗以及工廠生產試驗。
    2.1 實驗室實驗
    實驗使用的瓜爾膠均為進口產品, 包括一種陽離子型瓜爾膠和兩種非離子 型瓜爾膠,實驗使用的漿料、填料、助劑 均取自牡丹江恒豐紙業#7卷煙紙機,并 參照生產條件對漿料進行處理和試劑配 用。每組抄片10張,在恒溫恒濕的條件下檢測成紙性能.
    離子型瓜爾膠2的用量增加,成紙的各項指標并不完 全隨之增加。
    3結論
    3.1瓜爾膠已逐漸取代淀粉成為卷煙紙生產過程 中主要的助留助濾、增強和紙張表面性能改進用助 劑。
    3.2不同離子類型的瓜爾膠進行合理復配后的效果 要優于單獨使用瓜爾膠的效果,復配使用后能有效 提高紙張的強度、透氣度、灰分、伸長率和白度等指 標。
    3.3成紙的各項性能指標并不完全隨著非離子型瓜 爾膠2使用量的增加而增強;非離子型瓜爾膠2由 于粒度過小,在溶解過程中容易出現結團現象,在 此項產品性能上還需進一步改善。
    3.4非離子型瓜爾膠2的使用效果要略優于非離子 型瓜爾膠1,且在成本上非離子型瓜爾膠2要低于非 離子型瓜爾膠1,可以取代非離子型瓜爾膠1作為卷 煙紙生產用助劑。
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