助留助滤剂在造纸中的应用

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1、摘要：介绍了国内外造纸助留种类、应用现状及进展，探讨了目前国内各类助留剂使用的优劣并与国外同类产品进行了比较，指出研制适合我国造纸所需助留剂迫在眉睫。关键词：助留剂；现状；发展；我国造纸工业不断向着高速化、连续化、大型化方向发展，劳动生产率不断提高，由于针叶木资源的缺乏，阔叶木和草类原料的使用量不断增加，废纸的回收利用率也越来越高，因此，浆料中的微细组分含量增加。又由于世界范围的水资源短缺和防止污染的要求，造纸必须封闭循环用水。在这种情况下，从节约能源、减少浆耗减少造纸排水处理负荷方面要尽量留着浆中的细小组分和填料，同时又要尽量强化纸机湿部的脱水。因而，最

2、经济的办法是使用高效的助留助滤剂。本文总结了近几年国内外造纸助留剂的应用现状及发展趋势，以期为开发适用于我国造纸工业的高效、专用造纸助留剂提供参考。1无机物助留剂最重要的无机物助留剂是明矾、聚合氯化铝（PAC）和氯化钙（CaCl2），明矾是目前用量最大的物质，PAC的应用也开始增加。应当指出，作为助留剂，Al并不是最有效的形式，3+而是通过带正电荷的多核滤配合发挥作用[1]。CaCl2也偶尔在挂面纸板生产中用作助留助滤剂，硅石和膨润土在微粒助留系统中作为一种成分，与聚合物一起来改进滤水、成型和留着[2]。2天然有机高分子助留剂。天然高分子助留剂主要有淀粉、

3、动物胶、植物胶等，它们的性能有时不能满足作为助留剂的需要，应进行改性，其中，阳离子淀粉是目前主要的助留剂。这类助留剂用量较大，改性淀粉的用量一般为1％～3％[3]。2.1淀粉类：淀粉属于水溶性高分子物质，具有资源丰富、价格便宜、可化学改性及生物降解等优点，广泛应用于造纸工业。其结构如图1、2所示：图1直链淀粉的螺旋型结构图2支链淀粉的结构目前，用作造纸助留剂的主要有：阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉、其他淀粉类助留剂。淀粉类助留剂在国内已经工业化，被广泛的应用于造纸厂[4]。2.1.1阳离子淀粉由于阳离子淀粉能与浆料中的负电性的纤维和填料以静电力结合，导致

4、阳离子淀粉被吸附在纤维表面上，吸附产生的附加的氢键力又导致纤维之间的结合增强，并把细小纤维、填料和长纤维连接在一起形成网状结构，使其具有补强和助留作用。目前，主要有叔胺型和季铵型2种，其中季铵型淀粉有较广的pH适应性，应用范围较广。阳离子淀粉由淀粉同醚化剂在碱催化作用下反应制得，主要有湿法、溶剂法、干法3种，其中干法由于制备工艺简单、反应效率高、能耗低、环境污染小，且适合制备高取代度产品，使其在实际生产中越来越受到重视。阳离子淀粉的制备一般分两步进行：阳离子醚化剂的制备和阳离子淀粉的制备[5]。其中，最成熟的阳离子醚化剂合成方法包括：1)胺与氯丁烯的反应；

5、2)叔胺与环氧氯丙烷的反应。2.1.2阴离子淀粉阴离子淀粉目前应用较多的改性淀粉，由于我国的造纸企业大多是酸性抄纸系统，在纸浆中加入大量的明矾，可使纤维带正电荷，而和阴离子性的改性淀粉结合，对填料和细小纤维具有较高的留着率，并能显著改善纸页的滤水性[6]。阴离子淀粉留着剂在使用时不需要改变目前的工艺条件，使用范围广，对大多数纸种都适应。除粉状外，还可将淀粉直接制成溶液型产品，使用和加入均较方便。作为助留助滤剂使用的阴离子淀粉主要是磷酸单酸淀粉和羧甲基淀粉，一般要和阳离子聚电解质和凝结剂配合，此外它们可用作干增强剂和表面施胶剂。磷酸单酯作为助留剂使用时，可使

6、白水浓度下降至46%，填料留着率提高16%左右，成纸灰分增加。由于其在水中呈负电性，而填料粒子也带负电荷，明矾溶解于水中时电离出来的AL可与六个水分子配位生3+成具有六个水分子的水合铝离子，带正电荷，由于桥联作用，使填料、细小纤维、淀粉等吸附于纤维上而留于纸内，从而减少流失，提高填料留着率，降低了浆耗，同时由于上述物质填充于纤维与纤维之间的微细空隙，使纸页表面平滑细腻，提高了纸的质量。2.1.3两性淀粉两性淀粉中有掩蔽系统中阳离子如Ca和Mg的能力。有利于保持循环用水中的电荷平2+2+衡，消除阴离子垃圾，使得纸机运行良好[7]。两性离子淀粉作为造纸工业的湿

7、部添加剂，主要起增干强和增湿强作用，而其亦可用作助留剂，其效果较之单独使用阳离子淀粉或阴离子淀粉要好，作用示意图如图4、5所示。-2-图3带负电荷填料的留着机理示意图图4带正电荷填料的留着机理示意图两性淀粉可明显提高填料的留着率，但在两性淀粉加入量一定的条件下，随着滑石粉用量的增加，填料留着率降低[8]。目前，国内外研究开发两性及多元变性淀粉正成为热点。具有代表性的研制者有美国国民淀粉公司、英国Stader公司、日本王子玉米淀粉公司、日本NSC公司等。国内有杭州市化工研究所造纸化学品中心。2.2壳聚糖及其衍生物助留剂壳聚糖在酸性介质中可呈阳离子性，其相对分

8、子质量非常大，常在数百万左右，可加入少许醋酸等配成2%的水溶液，用