聚氧化乙烯助留體系在造紙中的發展
2006-05-08 09:39 來源:造紙助劑網 責編:中華印刷包裝網
聚氧化乙烯(polyethyleneoxide,簡稱PEO)是一種高分子量的非離子性聚合物,是造紙工業上一種常用的分散劑和助留助濾劑。PEO對木素中酚基有較強的親和力,可以牢固地吸附在機械木漿上,是一種很好的機木漿細小組分的助留劑。國外近期的一些研究表明, 分子量在7 X 10 的PEO,在白水封閉系統中的助留助濾性能大大優于其他陽離子助留助濾劑。
單一的PEO體系對細小組分的吸附具有選擇性,因此產生非對稱的聚合物橋聯。試驗發現,PEO對某些未洗滌的新聞紙料的效果顯著,而對另一些洗滌過的漿料則不起作用。這是由于未洗滌的漿料中含有某些高濃度的溶解物質,這些物質可使PEO活化而起助留作用。為了增加PEO的助留助濾效果,研究人員在其中加入了一些輔助助劑,形成了復式的PEO助留助濾系統。本文將對目前國內外的PEO助留助濾系統進行簡要的介紹。
1 PEO/輔助助劑雙組分助留體系
該體系是目前國內外研究較多的一種PEO助留體系。輔助助劑一般為酚醛樹脂(PFR)、萘基磺酸鹽和木素等, 即形成PEO/PFR 助留體系和PEO/~素(或改性木素)助留體系。
1.1 PE0/PFR助留體系
非離子性的酚醛樹脂(PFR)與PEO組成的二元體系被稱為Net—Bond體系,可用于有陽離子雜質干擾的情況。該系統成功應用于配有原生有機物(抽提物)的機械漿,特別適用于新聞紙的抄造,無需添加滑石粉等樹脂控制劑來消除樹脂障礙。與單一的高分子聚合物助留劑相比,
該體系有以下特點:① 能在較寬的pH范圍內(pH=4~10)有效地發揮凝聚作用,PEO/PFR體系有很好的適應能力,尤其是在中性條件下,系統顯示出較高的留著率;②對紙頁勻度的不良影響;③ 添加量少而可以獲得高的留著率和良好的濾水性能;④ 可以通過改變體系中兩種助劑的添加量來調整紙頁的勻度或提高填料的留著率;⑤ 對于含陰離子性不純物質多的紙料,例如GP、TMP等,可有效地利用其含量較多的木素化合物, 部分地代替PFR的作用,從而在生產新聞紙、含機械木漿較多的紙中,充分發揮助留助濾功能。
PEO/PFR助留助濾體系的作用機理尚不明確,但已有幾種假設:① PEO/PFR組成三維網絡結構,并包絡纖維;② 吸附的PEO和PFR形成氫鍵,使纖維成為網絡的組成;③ PFR中和抽提物,使PEO在纖維間更有效地起橋聯作用。
1.2 PEO/木素(或改性木素)助留體系
用木素或改性木素作為PEO體系的輔助助劑也越來越引起人們的注意。木素或改性木素作為輔助助劑有許多優點:木素的結構與酚醛樹脂相類似,可以起到與酚醛樹脂相同的作用,可以從制漿黑液中提取,是一種豐富的可再生資源。研究發現,純堿木素及其改性物都能提高纖維的留著,能顯著提高紙張的不透明度、撕裂指數和灰分,而且成本比較低,不過紙張的白度有所下降。木素酚醛樹脂(LPF)與PEO并用,與PEO/PFR體系對纖維的助留效果差不多,甚至有超過的趨勢。
2 改良的PEO/輔助助劑體系
國外一些研究人員發現,在PEO/輔助助劑雙組分助留體系加入一種有機陽離子性的固著劑,可以顯著提高填料和細小纖維的留著率。他們稱這種體系為PEO/輔助助劑/固著劑助留體系,也稱為改良的PEO/輔助助劑助留體系。與前者相同,輔助助劑可以為酚醛樹脂(PFR)、萘基磺酸鹽和木素等;固著劑可以為聚丙烯酰胺(PAM)、聚二烯丙基二甲基氯化銨(pDADMAC)、聚乙烯亞胺(PEI)等,也有研究人員用陽離子淀粉衍生物或陽離子纖維素衍生物進行試驗。
pDADMAC/PFR/PEO助留體系的最高留著率為88% ,而PEO/PFR體系的最高留著率為73% , 提高約20% , 助留效果增加得非常明顯。同時,濾水速度也有很大提高,pDADMAC/PFR/PEO助留體系的漿料游離度最高值為360mLCSF,而PEO/PFR體系為250mLCSF。
采用改良的PEO/輔助助劑助留體系,可以獲得很好的助留助濾效果,填料和細小纖維的留著率大大提高,漿耗降低;網部的白水濃度下降,有利于白水的封閉循環;紙頁的濾水性能提高,干燥速度加快,有利于紙機的高速運轉。
3 PEO/陽離子性高分子聚合物體系
改良的PEO/輔助助劑助留體系的助留效果很好,不過也有一些缺點:需加的助劑種類比較多,各種助劑添加的時間以及順序等都要準確計算,故工作量大,成本也較高。因此,研究人員采用陽離子性高分子聚合物作為輔助助劑,形成PEO/[gH~ 子性高分子聚合物體系,這是PEO助留體系的最新發展。目前已經報道的這種高分子聚合物主要有兩類:一類是陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH),另一類是陽離子性改性酚醛樹脂。
3.1 PEO/陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH)體系
日本的小野裕司等人將對乙烯基苯甲基三甲基氯化銨(VBTMAC) 與對乙烯基苯酚(VPH)在一定條件下反應,得到了陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH),其結構式為:
他們將PEO/陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH)和PEO/PFR兩種體系在同種漿料中進行了試驗,并作了對比, 在PEO/PFR體系中,PFR/的用量為0.05% 時留著率最高,為52%;PEO/陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH)體系中,VBTMAC/VPH用量為0.1% 時留著率最高, 為59% , 即可將留著率提高約13% 。這種PEO陽離子性聚乙烯基苯酚(VBTMAC/VPH)體系在助留方面有非常好的作用,而且使用方便,成本也不高,是今后助留劑研究的一個熱點。
3.2 PEO陽離子性改性酚醛樹脂體系
陽離子性改性酚醛樹脂可以用含胺基的化合物(如正丙胺、二丁胺、三乙胺、二乙基乙醇胺等)將酚醛楞朔旨改性而獲得。當陽離子取代度在10%~60%時,助留效果最好,細小纖維和填料的留著率比PEO/PFR體系可提高約8% ~10%。
4 小結
由于PEO是非離子性的聚合物,毒性很低,而且適應的pH范圍很寬,可用于中性抄紙,因此它是一種非常有前途的助留助濾劑。選擇合適的輔助助劑來增強其助留助濾效果是研究的重點。一般可作輔助助劑的有兩類物質:① 酚醛樹脂或與酚醛樹結構相類似的物質;② 陽離子性的高分子聚合物,最好含有胺基。
目前我國對PEO助留系統的研究還不太深入, 主要是對PEO/PFR和PEO/素(或改性木素)助留體系的研究,而對改良的PEO/輔助助劑體系及PEO/陽離子性高分子聚合物體系的研究幾乎還沒有,國外對這兩種體系的研究已取得了很好的效果。希望有關的科研單位和研究人員能重視這方面的工作,開發出新型、高效的助留助濾劑。
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