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纤维基造纸助留助滤剂的制备与应用研究

作　者: 谢玮
导　师: 钱学仁
学　校: 东北林业大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 阳离子纸浆纤维(CPF) 造纸助留助滤剂 阳离子酯基季铵盐(31441) 聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC) 壳聚糖(CS) 聚环氧氯丙烷-二甲胺(EPI-DMA) 吸附法 沉积法 接枝法
分类号: TS727.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


绝大多数的造纸湿部助留助滤剂是阳离子聚合物,但其在应用过程中仍存在诸多问题,如:纸机白水封闭循环造成盐的积累直接影响其使用效果,酸性抄纸系统中使用的硫酸铝会影响其使用效果,加入过量会造成体系由阴离子性变成阳离子性从而产生另一种新的排斥,可溶性阳离子聚合物会造成白水的黏度增加,使纸机操作困难。为了解决上述问题,可以采用将纸浆纤维阳离子化改性然后添加的方法来替代阳离子聚合物。本研究分别采用吸附法、沉积法和接枝法制备了阳离子纸浆纤维,即纤维基造纸助留助滤剂（CPF1、CPF2、CPF3和CPF4）,优化了CPF的制备条件,评价了它们作为造纸湿部添加剂的应用性能,采用FT-IR、SEM和XPS等手段对其进行了表征,并从制备条件、助留性能、助滤性能、成纸的物理性能及生产成本等方面,对所制备的纤维基造纸助留助滤剂进行了综合比较。采用吸附法,分别将阳离子酯基季铵盐（31441）和聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）吸附于加拿大漂白针叶木硫酸盐浆纤维上,制得纸浆纤维-31441复合物（CPF1）和纸浆纤维-PDMDAAC复合物（CPF2）。结果表明,CPF1最佳合成条件为:反应温度80℃、31441用量4%（对纸浆纤维）、反应时间30min;CPF2在反应温度50℃、反应时间0.5h的情况下,较佳合成条件为:PDMDAAC聚合度为1万、用量为5%;CPF1和CPF2能显著提高PCC填料的留着率;添加0.9%的CPF1即可使PCC的留着率从57.53%提高到72.21%;添加7%的CPF2即可使PCC的留着率提高6.6%,而添加0.05%的CPAM仅可使其提高6.1%;CPF1和CPF2能够对纸张的物理性能有所改善,添加CPF1和CPF2的麦草浆成纸的抗张强度和耐破强度要明显高于添加CPAM的,而基本不低于添加未改性加拿大漂白针叶木浆纤维的,同时能够改善该麦草浆的滤水性能。采用沉积法,将溶解在5%醋酸溶液中的壳聚糖（CS）沉积在加拿大漂白针叶木硫酸盐浆纤维上,制得纸浆纤维-CS沉积物（CPF3）。结果表明,CPF3在反应温度20℃、反应时间30min的情况下,最佳合成条件为:CS用量为0.5%、NaOH的用量为4%;CPF3能显著提高PCC填料的留着率,添加5%的CPF3即可使PCC的留着率从67.72%提高到71.47%,而添加0.05%的CPAM仅可使其提高到70.96%;CPF3用作麦草浆湿部添加剂,能够对纸张的物理性能有所改善,添加CPF3的麦草浆成纸的抗张强度和耐破强度要明显高于添加CPAM的,而基本不低于添加未改性加拿大漂白针叶木浆纤维的,同时CPF3能够改善该麦草浆的滤水性能。采用接枝法,将阳离子表面活性剂聚环氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA）接枝于加拿大漂白针叶木浆纤维上,制得纸浆纤维-EPI-DMA接枝物（CPF4）。结果表明,CPF4在反应温度75℃、反应时间60min的情况下,最佳合成条件为:聚环氧氯丙烷-二甲胺（EPI-DMA）的聚合度为10万、用量为6g/L;CPF4能显著提高沉PCC填料的留着率,添加用量为2%的CPF4即可使PCC的留着率从61.09%提高到83.42%,而添加CPAM仅可使其提高到78.25%;CPF4用作麦草浆湿部添加剂,能够对纸张的物理性能有所改善,添加CPF4的麦草浆成纸的抗张强度和耐破强度要明显高于添加CPAM的,而基本不低于添加未改性加拿大漂白针叶木浆纤维的,同时CPF4能够改善该麦草浆的滤水性能。将CPF1、CPF2、CPF3和CPF4进行综合比较,结果表明,CPF1、CPF2和CPF3的制备较容易、对纸张的抗张强度和耐破强度影响不大,但CPF1、CPF2和CPF3的助留助滤性能一般;CPF4的助留助滤性能最好,对纸张的抗张强度和耐破强度影响不大,而且其制备也不困难,因此其综合性能最优。本研究制备的纤维基造纸助留助滤剂（CPF）,与阳离子助剂相比,有更高的填料留着率、更好的滤水性能、更强的吸收阴离子干扰物的能力,能减轻白水与废水负荷、更容易生物降解等。因此,这种纤维基造纸助留剂的应用技术具有一定优势,其相关研究可进一步丰富造纸理论,具有重要的研究及应用价值。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-25
  1.1 我国造纸化学品概况  11-12
  1.2 造纸湿部化学品的助留助滤及其作用机理  12-14
    1.2.1 细小纤维的机械截留  12
    1.2.2 细小组分的胶体絮聚  12-14
  1.3 常用的造纸助留剂  14-21
    1.3.1 无机物类助留助滤剂  14
    1.3.2 天然高分子聚合物类助留助滤剂  14-15
    1.3.3 半合成高分子聚合物类助留助滤剂  15-19
    1.3.4 合成高分子聚合物类助留助滤剂  19-20
    1.3.5 微粒助留体系  20-21
  1.4 纤维基造纸添加剂的制备方法及其优缺点  21-22
  1.5 纤维基造纸添加剂的助留、助滤机理  22-23
  1.6 本课题的研究目的、内容及意义  23-25
    1.6.1 研究目的  23
    1.6.2 研究内容  23
    1.6.3 意义  23-24
    1.6.4 创新点  24-25
2 吸附法制备纤维基造纸助留助滤剂  25-44
  2.1 实验原料及仪器  25-26
    2.1.1 实验原料  25-26
    2.1.2 实验仪器  26
  2.2 实验方法  26-29
    2.2.1 CPF_1/CPF_2的制备  26-27
    2.2.2 未漂麦草烧碱浆的制备  27
    2.2.3 吸附率的计算  27-28
    2.2.4 助留、助滤性能测定  28
    2.2.5 物理指标检测  28
    2.2.6 FT-IR、SEM和XPS分析  28-29
  2.3 纸浆纤维-阳离子酯基季铵盐(31441)吸附物  29-34
    2.3.1 纸浆纤维-31441吸附物(CPF_1)制备条件的优化  29-30
    2.3.2 纸浆纤维-31441吸附物(CPF_1)的表征  30-33
    2.3.3 CPF_1用量与PCC留着率的关系  33
    2.3.4 助滤性能的表征  33-34
    2.3.5 助剂种类与纸张抗张强度和耐破强度的关系  34
  2.4 纸浆纤维-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)吸附物  34-43
    2.4.1 纸浆纤维-PDMDAAC吸附物(CPF_2)制备条件的优化  34-37
    2.4.2 纸浆纤维-PDMDAAC吸附物(CPF_2)的XPS分析  37-38
    2.4.3 CPF_2用量与PCC留着率的关系  38-40
    2.4.4 助滤性能的表征  40-42
    2.4.5 助剂种类与纸张抗张强度和耐破强度的关系  42-43
  2.5 本章小结  43-44
3 沉积法制备纤维基造纸助留助滤剂  44-53
  3.1 实验原料及仪器  44-45
    3.1.1 实验原料  44-45
    3.1.2 实验仪器  45
  3.2 实验方法  45-46
    3.2.1 CPF_3的制备  45
    3.2.2 未漂麦草烧碱浆的制备  45
    3.2.3 沉积率的计算  45-46
    3.2.4 助留、助滤性能测定  46
    3.2.5 物理指标检测  46
    3.2.6 FT-IR和XPS分析  46
  3.3 壳聚糖(CS)的用量与沉积率的关系  46-47
  3.4 纸浆纤维-CS沉积物(CPF_3)的表征  47-49
    3.4.1 FT-IR分析  47-48
    3.4.2 XPS分析  48-49
  3.5 CPF_3用量与PCC留着率的关系  49-50
  3.6 助滤性能的表征  50-51
  3.7 助剂种类与纸张抗张强度和耐破强度的关系  51-52
  3.8 本章小结  52-53
4 接枝法制备纤维基造纸助留助滤剂  53-64
  4.1 实验原料及仪器  53-54
    4.1.1 实验原料  53-54
    4.1.2 实验仪器  54
  4.2 实验方法  54-55
    4.2.1 CPF_4的制备  54
    4.2.2 未漂麦草烧碱浆的制备  54-55
    4.2.3 接枝率的计算  55
    4.2.4 助留、助滤性能测定  55
    4.2.5 物理指标检测  55
    4.2.6 XPS分析  55
  4.3 聚环氧氯丙烷-二甲胺(EPI-DMA)的用量与接枝率的关系  55-56
  4.4 纸浆纤维-EPI-DMA接枝物(CPF_4)的XPS分析  56-57
  4.5 CPF_4用量与PCC留着率的关系  57-61
    4.5.1 EPI-DMA聚合度为7000  57-58
    4.5.2 EPI-DMA聚合度为2万  58-59
    4.5.3 EPI-DMA聚合度为10万  59-61
  4.6 助滤性能的表征  61-62
  4.7 助剂种类与纸张抗张强度和耐破强度的关系  62-63
  4.8 本章小结  63-64
5 几种纤维基造纸助留助滤剂的综合比较  64-68
  5.1 CPF种类与制备条件的关系  64
  5.2 CPF种类与其表面ζ电位的关系  64-65
  5.3 CPF种类与助留性能的关系  65
  5.4 CPF种类与助滤性能的关系  65-66
  5.5 CPF种类与纸张抗张强度和耐破强度的关系  66-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76
致谢  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 造纸工业 > 原料及辅助物料 > 辅助物料 > 造纸用助剂
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