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提〓要：本文對兩性淀粉的增強作用進行了電荷分析研究，測定了淀粉用量對新聞 紙料電荷以及紙頁強度的影響。 關(guān)鍵詞：兩性淀粉；增強劑；電荷；CTR 1〓前〓言 　　添加干強劑是改善紙頁強度的主要方法之一，淀粉衍生物是最常用的一種干強劑。為了使淀粉參與纖維間的結(jié)合，淀粉必須吸附在纖維表面上，淀粉要大量留著就必須有陽離子電荷。Marten已經(jīng)證實，纖維對淀粉的吸附是因為淀粉緊密地束縛住了纖維表面的羧基，纖維對淀粉的吸附是不可逆的。有效地利用淀粉就必須提供淀粉在纖維表面快速完全吸附的環(huán)境，以及使淀粉與其它添加劑或干擾物的副作用最小，這就要求必須取得淀粉吸附、電荷密度和添加量之間的平衡。 〓〓從電化學以及多種活性基團的協(xié)同效應的角度，兩性淀粉獨特的作用原理是： 〓〓(1)它所含的陰離子基團有助于清除體系中妨礙淀粉吸附在纖維上的那些陰離子物質(zhì)。 〓〓(2)分子中的陰離子基團對陽離子基團起保護作用，電性排斥那些體系中存在的高活性“雜”陰離子，從而使淀粉中的陽離子基團不會發(fā)生過早的反應或被“雜”陰離子中和掉。 〓〓(3)因纖維帶負電荷，故容易吸附陽離子，但也易吸附其它帶正電荷的陽離子物質(zhì)，這會削弱淀粉與纖維間的吸附，而兩性淀粉中的陰離子基團能給予彌補。 〓〓(4)兩性淀粉的電荷基本平衡，那些未被留著的淀粉，在白水系統(tǒng)中不易導致電荷失衡。 〓〓(5)在中堿性體系中，離子電荷的平衡敏感度較 大，即體系中較易出現(xiàn)過陽離子化，兩性淀粉使體系的可控程度大大提高，從而便于使用。 〓〓(6)兩性淀粉除陰、陽離子基團產(chǎn)生協(xié)同效應外，其非離子基團也能進一步強化其某方面的性能，使其具有比一般變性淀粉更突出的應用效果。 2〓實驗材料與方法 2.1〓原料 2.1.1〓新聞紙紙料：取自吉林某紙廠，已添加4.5%滑石粉，1.0%硫酸鋁。 2.1.2〓兩性淀粉：天津輕工業(yè)學院造紙研究室制備。 2.2〓實驗主要儀器和設備 〓〓pHS-25型酸度計，標準纖維疏解機（英國產(chǎn)），抄片器（德國產(chǎn)），ZL-30型擺錘式紙張拉力機，ZQJ10型紙張多擺撕裂度儀，YQ-Z-31型MIT耐折度測定儀。 2.3〓實驗方法 2.3.1〓利用膠體滴定進行電荷分析 〓〓CTR是指紙料微粒表面陰電荷需求量對陽電荷需求量的比值，該比值指出體系是“純陰電荷性”還是“純陽電荷性”。若CTR＞1，則試樣為陽性；若CTR＜1，則試樣為陰性；若CTR=1，則試樣為中性。 2.3.2〓抄片 〓〓在標準疏解機中把3%濃度的紙料疏解5min，稀釋成0.3%的濃度，混合均勻，在抄片前加入兩性淀粉。 2.3.3〓抄片物理性能按《造紙工業(yè)測試方法標準匯編》(1990)所規(guī)定的方法測定。 3〓結(jié)果與討論 3.1〓兩性淀粉用量對新聞紙紙料電荷密度的影響 3.1.1〓兩性淀粉用量對紙料可溶凈電荷的影響     從圖1可以發(fā)現(xiàn)，新聞紙紙料的可溶凈電荷隨兩性淀粉用量的增加而增大，在用量為1.5%時，可溶凈電荷達到正電性。在用量低于0.5%時，可溶凈電荷正電性的增加較小，而用量大于0.5%時，可溶凈電荷正電性增加的趨勢更顯著。這說明，在淀粉用量較高時，吸附于微粒表面的量相對減少，也就是說，存在于水介質(zhì)中的量相對增加，使溶解電荷的正電性增強。圖1游兩性淀粉用量對可溶凈電荷的影響3.1.2〓兩性淀粉用量對紙料表面陰電荷需求量的影響     由圖2可見，新聞紙紙料的表面陰電荷需求量隨淀粉用量的增加而增加。在淀粉用量較低時，紙料表面陰電荷需求量的變化非常顯著；用量大于0.5%后，對表面陰電荷需求量的影響很小。這是因為在用量較低時，淀粉在微粒表面吸附量的變化較大，而淀粉的吸附量有一定的限度，在達到一定值后，吸附量增加的速度明顯減小，因此微粒表面陰電荷需求量的增加幅度也變得很小?！D2游兩性淀粉用量對表面陰電荷需求量的影響3.1.3〓兩性淀粉用量對紙料表面陽電荷需求量的影響     由圖3可見，新聞紙紙料的表面陽電荷需求量隨淀粉用量的增加而減小。在淀粉用量較低時，紙料表面陽電荷需求量的變化非常顯著；用量大于0.5%后，對表面陽電荷需求量的影響很小。　圖3游兩性淀粉用量對表面陽電荷需求量的影響3.1.4〓兩性淀粉用量對紙料CTR的影響    由圖4可見，新聞紙紙料的CTR隨淀粉用量的增加而增大。在淀粉用量較低時，CTR的變化很明顯，用量大于0.5%后，對CTR的影響減小。兩性淀粉用量為0.5%時，CTR為1.0145，系統(tǒng)變?yōu)檎娦?，用量繼續(xù)增大，正電性隨之增強，但變化的幅度減小，這是因為雖然用量增大，但淀粉的吸附量增加很小。圖4游兩性淀粉用量對CTR的影響〓〓3.2〓兩性淀粉對新聞紙紙料的增強效果    由表1可以看出，添加兩性淀粉可以有效地提高紙頁強度，尤其是撕裂指數(shù)得到顯著改善。在用量0.75%時，裂斷長最大，用量0.5%時，撕裂指數(shù)最大。淀粉用量大于0.75%時，紙頁強度反而下降。   從圖5可以看出，CTR=1.0145，系統(tǒng)接近于電中性時，撕裂指數(shù)達到最大值，而裂斷長在CTR為1.154時，達到最大值?？梢?，紙料的電荷狀況對紙頁成形有影響，進而影響紙頁的撕裂指數(shù)，而裂斷長受紙頁成形的影響比撕裂指數(shù)小。 表1表兩性淀粉用量對紙頁增強作用的影響 用量%定量g/m2裂斷長m撕裂指數(shù)mN·m2/g白度%不透明度%空白0.50.751.01.552.053.653.653.254.2392038794094398138326.437.237.206.736.9452.9551.2950.9150.5649.8496.6997.4297.4997.2997.50圖5游CTR與紙頁強度之間的關(guān)系4〓結(jié)〓論 4.1〓兩性淀粉用量對新聞紙紙料的電荷密度有影響，紙料的可溶凈電荷隨兩性淀粉用量的增加而增大。在淀粉用量低于0.5%時，可溶凈電荷正電性的增加較??；而用量大于0.5%時，增加的趨勢更顯著。表面陰電荷需求量和CTR隨淀粉用量的增加而增加，表面陽電荷需求量隨淀粉用量的增加而減小。在淀粉用量較低時，紙料表面電荷CTR的變化非常顯著，用量大于0.5%后，對表面電荷和CTR的影響很小。以上變化說明，淀粉的吸附量有一定的限度，過量添加淀粉，會使陽離子在白水系統(tǒng)中積累下來。 4.2〓添加兩性淀粉可以有效地提高紙頁強度，尤其是撕裂指數(shù)得到顯著改善。兩性淀粉對新聞紙紙料的增強效果受淀粉用量的影響，淀粉用量過大，強度反而下降。 4.3〓紙頁強度與體系電荷之間有一定的關(guān)系，濕部化學通過對成形的影響而影響紙頁強度，體系電荷對撕裂指數(shù)的影響要大于裂斷長，CTR越接近于1，撕裂指數(shù)越大。 4.4〓系統(tǒng)中的可溶性電荷，對造紙過程和成紙質(zhì)量均有負面影響，它無效地消耗造紙助劑，并影響紙頁的成形和強度。 參考文獻 ［1］謝來蘇等.造紙用兩性助劑［C］.中國造紙學會第九屆學術(shù)年會論文集［C］，1999:474～483 ［2］William E. Scott. Principles of wet end chemistry 〔M〕.TappiPress,Atlanta,1996 ［3］Michael R. John. Evaluation of the charge state of papermachine systems using the charge titration method ［C］.Proc.1992 Paper-makers conference, Tappi Press：479～502 ［4］Penny  A. Patton and David T. Lee. Charge analysis: Powerful tools in wet end optimization ［J］.Tappi,1993,76(8):107～115 ［5］William G. Wallace. Practical applications of charge analysis in paper-making ［C］.Proc.1992 Papermakers conference, Tapp iPress:445～465 ［6］姚獻平，鄭麗萍.淀粉衍生物及其在造紙中的應用技術(shù)［M］，北京:輕工業(yè)出版社,1999