新型有机微粒在助留助滤体系中应用初探.pdfVIP

《江苏省造纸学会第十二届学术年会论文集》 【造纸及化学品卷】 新型有机微粒在助留助滤体系中的应用初探 马朴q，2刘翔飞2秦昀昌2 (1．南京林业大学江苏省制浆造纸科学技术重点实验室，江苏南京，210037； 2．金东纸业(江苏)股份有限公司，江苏镇江，212132) 摘要TEMPO介质氧化体系可以在纤维表面高效地引入羧基官能团，将这种富含羧基的氧化纤维进行均质 化处理，可以在较低的能耗下制备出纳米纤维素材料。利用此方法制备的纳米纤维素具有纳米级尺寸和较高的 表面负电荷密度，本研究将其用作新型的助留助滤剂以替代传统的胶体二氧化硅。纳米纤维素的表面电荷密度 及用量对浆料及纸张性能均有一定程度的影响。表面羧基含量为1．5mmol／g的氧化纤维经过均质机在90MPa 下处理5次后，得到的纳米纤维素其形态尺寸及表面电荷密度趋于稳定。这种纳米纤维素取代胶体二氧化硅时， 浆料的滤水及纸张的灰分含量随着纳米纤维素表面羧基含量的提高而提高，表现出优异的助留助滤性能。当利 用表面羧基含量为I．5mmol／g的氧化纤维制备出的纳米纤维素以同样用量取代胶体二氧化硅时，浆料的滤水性 能相似，且制备的纸张具有更好的强度特性。更高用量的纳米纤维素用作助留助滤剂时，浆料的滤水及填料留 着性能更为优异。当纳米纤维素用量为5400ppm时，与对比样相比，浆料的滤水性能及纸张的灰分含量分别 提高了6．04％和7．70％；同时纸张的耐破和抗张强度分别提高了5．58％和7．49％。高表面负电荷密度的纳米纤 维素具有在湿部用作助留助滤剂的应用潜力。 关键词纳米纤维素：TEMPO氧化；羧基；助留助滤；纸张强度 随着纸机大型化、高速化及纸张高加填化的发展趋势，造纸工业对湿部助留助滤系统提出了更高的 要求。在过去的几十年中，多种助留助滤体系，如单元助留、双元助留及微粒助留体系在造纸工业中得 到了应用和发展1。在这些助留助滤体系中，微粒助留体系具有最好的助滤性能。较传统的单元或双元 助留体系，微粒助留体系可同时兼顾浆料滤水、填料留着和纸页成形，在三者之间形成较好的平衡2。 微粒助留体系一般是由一种阳离子聚合物和一种阴离子微粒组成。在纸机应用过程中，一般先加入阳离 子聚合物通过架桥作用形成絮聚，当这种絮聚经过设备剪切后被打散后，再加入阴离子微粒通过电荷中 和作用重新形成新的微絮团，从而实现浆料的滤水和细小组分的留着340在已商品化的微粒助留剂中， 大部分为无机微粒，尤以胶体二氧化硅使用最为广泛5。 微粒可用作助留助滤剂主要是因为其较小的尺寸及其表面电荷特性。当微粒具有极小的尺寸和巨大 的比表面积时会表现出一定的桥接能力6。同时具有更高的表面负电荷密度的微粒具有更好的电荷中和 特性7。因此将一种同时具有高的比表面积、小的尺寸和高的电荷密度的物质用于助留助滤体系时，它 可以表现出一定的助留助滤特性。 小的尺寸和极高的比表面积8，因此作为造纸工业中助留助滤剂具有一定的可行性。在过去的十年中， 科学家们已揭露了多种制备NFC的方法，包括机械处理法，如均质机法9、微流化器法10、盘磨法11、 冷冻粉碎法12、静电纺丝法13、酶预处理法14 TEMPO氧化预处理法和羧甲基化预处理法15。17。其中 TEMPO氧化预处理法制备NFC能耗最低，并且在纤维表面会产生大量的羧基官能团，赋予其更多的功 表面电荷密度19。因此在本文中，将TEMPO氧化预处理结合后续高压均质处理制备出NFC，将这种 《江苏省造纸学会第十二届学术年会论文集》 【造纸及化学品卷】 NFC替代胶体二氧化硅用于微粒助留体系，研究了其对浆料滤水、填料留着及纸张强度性能的影响。 l实验与方法 1．1实验原料 (2，2，6，6一tetramethylpiperidine-1-oxyl 试剂。 1．2TEMPO介质氧化预处理 TEMPO、lgNaBr和0-10mmol／g 值至5．0将反应终止。随后将浆料过滤洗涤至少4次以除去多余的盐类物质。所得浆料的羧基含量采用电导滴定法进行测 定22。 1．3NFC的制备 纤维悬浮液分别收集备用。 1．4 NFC的粒径及表面电荷密度 NFC的形态尺寸一般是通过SEM或TEM进行测定。在本