羧甲基淀粉鈉(sodium carboxymethyl starch,CMS) 是一種白色或略帶黃色的粉末，為高分子電解質[n; 其在造紙工業(yè)中主要用作黏著劑、表面施膠劑、增 強劑和紙機濕部添加劑;CMS分子中有大量的羧基 存在，在紙頁成形過程中可使纖維間的結合能力增 加，因而可使紙張的強度提高；同時，CMS屬于高分 子電解質，具有螯合作用和多聚陽離子絮凝作用，能 提高細小纖維、填料和多聚陽離子的留著率。聚酰胺 多胺環(huán)氧氯丙烷(PAE)樹脂是屬于一種水溶性、陽 離子型熱固型樹脂，具有濕強效果好、無甲醛、用量 少、成紙返黃少、無毒、使用方便、特別適合中堿性抄 紙，且兼有助留、助濾作用等優(yōu)點[2]。

本實驗模擬紙機濕部，對CMS單獨使用以及與 PAE復配使用對填料留著率的影響進行了研究。

1實驗部分

1.1原料

實驗原料有:漂白硫酸鹽針葉木漿，漂白硫酸鹽 闊葉木漿，輕質碳酸鈣(PCC),重質碳酸鈣(GCC)，高 嶺土，鈦白粉,PAE，氯化鈉，鹽酸，氫氧化鈉和CMS (取代度分別為〇.25、0.38、0.61和0.91)。

1.2儀器

實驗儀器有:烘箱，箱式電阻爐，手抄紙抄片儀， 分析天平，拉力儀和pH測定儀等。

1.3實驗步驟

取紙漿1 g(打漿度75 °SR)，加填,攪勻；不添加 或添加不同用量的PAE,攪勻；加不同量的CMS，攪 勻;然后加入PCC,抄紙，手抄紙放入烘箱(溫度102? 108丈)供干，稱重，恒重，放入已恒重的瓷鉗鍋中，電 爐上燃燒，使其炭化，放入箱式電阻爐(溫度890 T) 灼燒至恒重，稱重，計算手抄紙灰分及填料留著率。

1.4性能測試

填料留著率按相關國家標準檢測[3]。

2結果與討論

2.1CMS的取代度對填料留著率的影響

取代度是反映CMS被甲基取代的程度，即羧基 取代氫原子,這樣給淀粉分子中引入大量的羧基，因 此取代度是衡量CMS的一項重要技術指標。我們在 紙漿中不添加PAE或添加質量分數(shù)為1%(以絕干紙 漿質量計，下同）的PAE,然后分別添加質量分數(shù)為 0.2%(以絕干紙漿質量計，下同）的不同取代度的 CMS,再加PCC,抄紙，測定紙張的填料留著率。檢測 結果見表1。

表1 CMS取代度對填料留著率的影響

空白樣CMS取代度

0.250.380.610.91

填料留著率/%不添加PAE25.738.036.835.036.6

添加PAE39.553.153.258.964.4

由表1可見:不添加PAE時，以CMS取代度0.25 的填料留著率最佳；而添加PAE時，在相同CMS用 量下，隨著取代度的增高，填料留著率增加，以CMS 取代度0.91的填料留著率最好。這是因為CMS的取 代度越高其水溶液電負性就越強，就越易和帶陽電 荷的PAE、PCC產(chǎn)生靜電吸附，從而產(chǎn)生絮團，提高 了填料留著率。由表1還可見，添加PAE時的填料留 著率要比不添加PAE的要高。這是因為在紙漿中加 入陽離子的PAE,起到架橋作用，從而提高了填料留 著率。在漿料體系中，體系陽電荷越多，就需要陰電荷 越多，當電荷接近于中性絮凝效果最佳[4]1因此，在 添加PAE的體系中添加高取代CMS的效果好，在不 添加PAE的體系中添加低取代度CMS的效果好。

2.2CMS用量對填料留著率的影響

在造紙中任何一種助劑的添加量都有一個最 佳值，因此CMS的添加量也一樣。我們在紙漿中不 添加PAE或添加質量分數(shù)1%的PAE，分別添加不 同量的CMS,然后加入PCC，抄紙，測定紙張的填料 留著率。檢測結果見表2。 

表2 CMS用量對填料留著率的影響

w(CMS)/%

00.10.20,40,81.0

填料留著率/%不添加PAE25.728.635.634.335.034.5

添加PAE39.545.654.860.764.163.3

 

在紙漿體系中,CMS的加入量有一個最佳值，此 時的絮凝效果最好，超過此值，羧甲基淀粉鈉復配使用對填料留著率的影響，絮凝效果就下降®從 表2可看出：不添加PAE的體系以CMS用量0.2% 時填料留著率最佳;而添加PAE的體系以CMS用量 0.8%時填料留著率最好。這是因為PAE是帶陽電荷 的，因此在加PAE的體系中所需中和的CMS也要多 加，隨著CMS用量的增加，體系中的陰離子增加，這樣 才能達到電荷平衡，達到最佳留著效果;但過多，平衡 又被打破，使填料留著率反而下降。

2.3pH對填料留著率的影響

分別用鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液調節(jié)漿料的 PH，然后分別加入質量分數(shù)1%PAE、質量分數(shù)0.8% 的CMS，然后加入鈦白粉，抄紙，測定紙張的填料留 著率。檢測結果見表3。

表3 pH對填料留著率的影響

pH

4.15.66.77.5839.1

填料留著率/% 59.66L364.164.564.262.1

從表3可看出，pH在6.7?8.3時填料留著率

最高,pH過低或者過高都降低了填料留著率。這是 因為pH<2.5時漿料中的纖維表面呈陽電性，pH> 2.5時漿料纖維表面呈負電性，隨著pH升高體系的 陰電荷不斷增加，當PH=6.7?8.3時，電荷達到平 衡,PH再上升使系統(tǒng)中的陰電荷過多，助留效果反 而下降。

2.4鹽的濃度對填料留著率及強度的影響

因環(huán)保和資源的原因，要求噸紙水耗降低，這樣 白水的回用率就越來越高，造成白水中積累的雜質尤 其是金屬離子含量增加。我們在漿料中分別加入不 同量的氯化鈉(NaCl),然后加入質量分數(shù)1%的PAE 和質量分數(shù)0.8%的CMS，然后加入PCC,抄紙，測定 紙張的填料留著率。結果見表4。

表4鹽的濃度對填料留著率及強度的影響

w(NaCl)/%

00.010.0250.050.075

填料留著率/% 64.1 63.962.061.653.2

由表4可看出，電解質氯化鈉的加入對填料留 著率和強度有一定的影響，填料留著率隨著氯化鈉 濃度增加而下降，特別是氯化鈉質量分數(shù)增加至 0.075% (以紙漿質量計，下同）時填料留著率下降較 快。這是因為在紙漿系統(tǒng)中，電解質濃度的增加會 使圍繞帶電粒子的擴散層的厚度減小，導致粒子間 的吸引力下降；電解質離子所帶的電荷越高,其產(chǎn)生 的削弱作用就越強；同時造成相反電荷的料子間的 相互吸引力下降，從而使由相反電荷粒子形成的絮 體容易被重新分開;此外，鹽濃度的增高，會使高分 子助留系統(tǒng)的分子鏈收縮，減少了細小纖維、纖維以 及填料的接觸面積，造成系統(tǒng)失效[5]31。而纖維、填 料、PAE和CMS都是帶有離子電荷的，所以鹽對填料 留著率有負面影響，鹽的濃度越大影響越大。

2.S剪切力對填料留著率的影響

紙機中有許多地方存在很高的剪切力，如栗、靠 近成形網(wǎng)表面等地方，羧甲基淀粉鈉復配使用對填料留著率的影響，特別是高速紙機剪切力更大。 我們采用在漿料中加入質量分數(shù)1%的PAE、質量分 數(shù)0.8%的CMS和填料，使纖維與PAE、CMS、填料和 細小纖維形成絮團，然后通過不同速度攪拌、剪切后 進行抄紙，測定紙張的填料留著率。檢測結果見表5。

表5剪切力對填料留著率的影響

攬拌速度/(r*min_1)

0500 10001400

填料留著率/%64.163.6 62.358.6

由表5可見，攪拌速度對填料留著率有一定的影 響，攪拌速度越快影響越大，當攪拌速度達到1 400 r/rnin時，填料留著率明顯下降。這是因為攪拌速度越 快剪切力就越大,越能把漿料體系中的PAE、CMS、填 料、細小纖維和纖維所形成的較大絮團打碎，從而造 成填料的流失。

2.6不同品種的填料對填料留著率的影響

在造紙過程中加入填料是為了降低成本、或使 紙張獲得某項性能或使其原有的某些性能得以改 善。我們在漿料中分別加入質量分數(shù)0.8%的CMS 和不同品種的填料——PCC、GCC、高嶺土和鈦白粉， 然后抄紙，測定紙張的填料留著率并與不添加CMS 的漿料對比。檢測結果見表6。

表6不同品種的填料對填料留著率的影響

PCCGCC填料

高嶺土鈦白粉

填料留著率/% 不添加CMS25.726.322.625.4

添加CMS35.026.525.325.6

填料留著率的增加值/百分點9.30.22.70.2

從表6可看出：添加CMS對不同品種的填料留 著率的影響是不一樣的,PCC留著率增加最大，而 GCC、高嶺土、鈦白粉的填料留著率幾乎不增加。這是 因為PCC分散于水中即會帶有正電荷，羧甲基淀粉鈉復配使用對填料留著率的影響，該表面電荷 是由懸浮在水中的填料粒子表面功能基離解或所 加入的帶電荷分散劑（如磷酸鹽）吸附在表面上形 成的[4]168,而纖維、GCC、高嶺土、鈦白粉和CMS分散 于水中帶有負電荷，由于相同電荷間的靜斥力和不同 電荷間的靜電吸引力是紙料保持穩(wěn)定與分散、吸附與 絮聚的主要動力[4M,因此PCC可以和纖維、CMS發(fā) 生吸附與絮聚，從而提高了填料留著率。

2.7填料和化學品的添加次序對填料留著率的影響 造紙濕部許多部位都可以添加助劑、填料，添加 位置不一樣其效果也不一樣；我們在漿料中按不同 次序添加質量分數(shù)1%的PAE、質量分數(shù)0.8%的 CMS和PCC后抄紙，測定紙張的填料留著率。檢測結 果見表7。

表7填料和化學品的添加次序對填料留著率的影響

填料和化學品的添加次序填料留著率/%

漿料一?PCC25.7

漿料一^pcc—»-PAE—>-CMS63.2

漿料一>PCC——»-PAE55.8

漿料一»-PAE—>CMS—>-PCC64.1

漿料一>-PAE—>-PCC—>-CMS62.1

漿料一? CMS —?PCC —»-PAE52.2

漿料一?CMS—»-PAE—^PCC56.7

從表7可看出，以“架料—PAE—CMS—PCC” 的添加次序最好。這是因為在衆(zhòng)料中只有陽離子加入 后再加入陰離子聚合物的添加次序才是最有效的:在 紙漿中加入PAE陽離子聚合物電介質，隨后用高相 對分子質量的陰離子聚合物電解質處理。該絮凝的機 理是產(chǎn)生一個補丁來提供陰離子聚合物的固定點。高 相對分子質量的陰離子聚合物與補丁提供的陽離子 結合，而鏈的其余部分會被補丁周圍的負電荷排斥， 這樣迫使陰離子聚合物鏈伸進周圍水中，促使吸附在 另一顆粒表面的陽離子補丁位置上形成架橋，將2顆 粒表面結合在一起[6]，然后絮團多余陰離子和帶有陽 電荷的PCC吸附，形成更大的絮團，從而提高了填料 留著率。

3結論

CMS在漿內(nèi)單獨使用時，其填料留著效果不明

顯，對帶陽電荷的PCC的填料留著率稍有提高，羧甲基淀粉鈉復配使用對填料留著率的影響，而對 其他帶陰電荷的填料沒有助留效果。

CMS和陽離子PAE復配在漿內(nèi)使用時有較好 的協(xié)同效應，當PAE的添加量為1%質量分數(shù)、CMS 的添加量為0.8%質量分數(shù)時,PCC的填料留著率為 最高;CMS取代度對紙張的填料留著率有很大的影 響，高取代度的CMS對填料留著率最有利；紙漿的 pH對紙張的填料留著率有影響,PH為6.7?8.3時 紙張的填料留著率最好；鹽的濃度越高，填料留著 率越大，當濃度超過0.075%質量分數(shù)時，填料留著 率下降很快；攪拌速度對填料留著率也有影響，攪 拌速度越快，填料留著率下降也越快；添加次序對 填料留著率有一定的影響，以“漿料—PAE+ CMS — PCC”的添加次序為最好。CMS和PAE復配使 用可獲得協(xié)同效應，提高了填料留著率，同時助劑 功效更加顯著。