天然的造纸助剂_瓜尔胶

收稿日期:2001-12-19天然的造纸助剂———瓜尔胶王军利,陈夫山,刘忠(天津轻工业学院化工系,天津300222)摘要:介绍了一种新型造纸助剂———瓜尔胶及其改性产物,揭示了其内在的分子结构特点及行为特性,并阐述其性能优越的根本原因。研究表明,它能适应现代工厂零排放的要求,在提高纸页留着和滤水的同时能保持或提高纸页匀度,是一种前景广阔的环保助剂。关键词:造纸助剂;瓜尔胶;阳离子瓜尔胶;助留助滤中图分类号:TS727.2文献标识码:A文章编号:1007-2225(2002)02-0019-02NaturalAdditiveinPapermaking-GuarGumWANGJun-li,CHENFu-shan,LIUZhong(TianjinUniversityofLightIndustry,Tianjin300222,China)Abstract:Thispaperintroducesanewkindofadditiveguargumandmodifiedguargum.Weexploreintothein-trinsiccauseofitseffectivityasanewadditive.UniquestructureofitsmoleculecontributestoitssuperiorityoverotheradditivessuchascationicstarchandCPAM.Thisenvironmentallyfriendlyaidhasabrightprospectinpaper-making.Keywords:paperadditives;guargum;cationicguargum;retentionanddrainageaid瓜尔胶,英文名为“guargum”,是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物———瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。由于其独特的分子结构特点及天然性,使其迅速成为性能优越的新型环保造纸助剂;同时它还被广泛应用于食品、石油、医药等领域。瓜尔胶就分子结构来说是一种非离子多糖,它以聚甘露糖为分子主链,D-吡喃甘露糖单元之间以β(1-4)苷键连接。而D-吡喃半乳糖则以α(1-6)键连接在聚甘露糖主链上。瓜尔胶中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为2∶1,即每隔一甘露糖单元连接着一个半乳糖分支。文献中报道,瓜尔胶的分子量在220000左右。瓜尔胶分子的最大特点也即最大优点便是与纤维素结构非常相似,这种相似性使它对纤维素有很强的亲和性,称之为直接性(substantivity)。瓜尔胶的最初出现是作为刺槐豆胶(Locustbeangum)的替代品而产生的。在此之前,刺槐豆胶被广泛应用于工业生产并造成了需求紧张。后来研究证明,虽然瓜尔胶和刺槐豆胶均为聚半乳糖甘露糖,但二者在化学组成和行为上有着明显的区别。刺槐豆胶要达到最大粘度需要高温水煮,而瓜尔胶在冷水中就可以水化。化学组成上,刺槐豆胶平均每4个甘露糖单元才有1.5个乳糖支链。所以瓜尔胶分支单元数为刺槐豆胶的2倍。而这被认为是瓜尔胶比刺槐豆胶更容易水化和氢键结合活性更大的主要原因。除此之外,瓜尔胶的成本仅是刺槐豆胶的一半。瓜尔胶直链上没有非极性基团,大部分伯羟基和仲羟基都处在外侧,而且半乳糖支链并没有19造纸化学品2002(2)遮住活性的醇羟基。因而瓜尔胶具有最大的氢键结合面积,当与纤维结合时,形成的氢键结合距离短,结合力大。为赋予瓜尔胶更好的使用性能,通常对瓜尔胶原粉进行化学改性。瓜尔胶的改性主要有两个方向:一是在分子链上引入阳离子基团,从而获得一定的正电性。如用季铵盐3-氯2-羟丙基氯化铵与瓜尔胶原粉在有机溶剂中醚化反应生成阳离子瓜尔胶。这种带正电的改性瓜尔胶便可以与带负电的纤维、填料粒子相互作用从而提高原有的助留、助滤和增强效果。另一改性方向便是设法增加瓜尔胶分子链的长度,增大其分子量,从而增强其架桥连接能力。阳离子瓜尔胶在冷水中可溶,这与阳离子淀粉相比是一个很大优势。另外,许多淀粉分子形成螺旋状结构,而瓜尔胶分子则形成直链结构。所以瓜尔胶的活性基团比阳离子淀粉更容易与纤维接近,从而少量的阳离子瓜尔胶便可能达到较多量阳离子淀粉才能达到的使用效果。当今,聚丙烯酰胺和改性淀粉广泛应用于造纸中的助留助滤剂。但其效果只能达到一定程度。它们在提高滤水的同时可能使纤维过度凝聚,从而降低纸页匀度和强度。天然瓜尔胶作为造纸助剂时,可以提高纸页强度,减少灰斑形成并提高纸页匀度。但它的缺点便是造成滤水困难,从而降低了产量或提高了干燥部负荷。而经过化学改性的两性或阳离子瓜尔胶则在很大程度上克服了这一弊病。实验发现,这些改性的瓜尔胶能在提高纸页滤水的同时保持或提高纸页匀度;通过吸附细小纤维和粒子可以进一步改善滤水,同时提高一次留着率。而在过去,这两方面都是互斥的。由