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    基于資源化回用的OCC廢紙漿二次淀粉的理化特性研究

    2020-04-25 03:39:42林凌蕊曲一飛楊文恒楊益琴戴紅旗
    中國造紙學報 2020年1期
    關鍵詞:濾水施膠紙張

    林凌蕊 楊 潔 曲一飛 孟 峰 楊文恒 韓 沖 楊益琴 戴紅旗,*

    (1. 南京林業(yè)大學江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室,江蘇南京,210037;2. 玖龍紙業(yè) (太倉)有限公司,江蘇太倉,215434)

    淀粉是植物儲存能量的形式之一,廣泛存在于自然界中,其產(chǎn)量僅次于纖維素,因而淀粉作為一種廉價易得且可再生的資源進入人們視野[1]。在包裝領域,廢舊箱紙板(OCC)廢紙的循環(huán)回用使紙漿纖維出現(xiàn)嚴重的角質化,紙張強度無法達到使用要求[2-3]。對原淀粉進行淀粉酶降解,然后用于紙張表面施膠增強已成為包裝紙行業(yè)常用的經(jīng)濟手段。淀粉表面施膠在一定程度上解決了紙張在強度、挺度和環(huán)壓強度等方面的難題[4-5],達到了改善紙張力學性能的目的。而OCC廢紙在循環(huán)回用過程中,原先涂覆于纖維表面的施膠淀粉將逐步溶解在水相中,形成二次淀粉。二次淀粉來源于表面施膠中的淀粉,具有非離子特性,其既沒有吸附功能,也沒有被吸附的官能團,無法被再次利用[6]。水相中大量的溶出二次淀粉(溶出淀粉)在制漿系統(tǒng)中不斷積累,使得漿料濾水性能大幅度降低、漿料濾液黏度上升以及微生物滋長[7-8],不僅嚴重影響制漿生產(chǎn)過程及生產(chǎn)環(huán)境,也影響最終紙產(chǎn)品質量。與此同時,在利用再生纖維原料制造包裝紙板的過程中,大概有4%的原材料由于淀粉降解而損失,直接造成了經(jīng)濟損失和影響可持續(xù)發(fā)展問題[9]。另外,制漿造紙企業(yè)一般將淀粉含量最高的部分廢水送去廢水處理廠進行達標處理,這不僅增加了廢水處理的負荷,更是對糧食資源的巨大浪費[7]。

    隨著我國廢紙制漿的不斷發(fā)展,廢紙漿中二次淀粉在生產(chǎn)及廢水處理過程中存在的問題已不容忽視。但由于國內外廢紙回用情況不同,鮮有文獻對OCC廢紙制漿過程中存在的二次淀粉問題進行研究報道。在生產(chǎn)過程中,若對二次淀粉進行功能化處理和資源化利用,并有效解決其帶來的一系列問題,無疑會對我國OCC廢紙制漿的清潔生產(chǎn)與經(jīng)濟發(fā)展起到積極的推動作用。目前,面對OCC廢紙再制漿過程中產(chǎn)生的二次淀粉,部分企業(yè)將其直接送往廢水處理;部分企業(yè)通過生物酶將其徹底降解,從而改善紙料上網(wǎng)濾水性能并提高白水回用質量,但二次淀粉分子質量的降低為微生物的滋長提供了有利條件,并由此增加廢水處理的COD 負荷。因此,本課題進一步探討了OCC 廢紙制漿中二次淀粉的理化性能并對其進行離子化改性,使其吸附留著在纖維上,以期為二次淀粉的資源化利用技術提供參考。

    1 實 驗

    1.1 實驗原料

    原生本色針葉木漿(巴西,金魚牌);α-淀粉酶(試劑級),購自武漢諾輝醫(yī)藥化工有限公司;原玉米淀粉(試劑級)由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供;鹽酸(分析純)購自上海久憶化學試劑股份有限公司;氯化鈣(CaCl2)、過氧化氫(H2O2)、氫氧化鈉(NaOH)和氫氧化鉀(KOH),均為分析純,購自南京化學試劑股份有限公司;硫酸亞鐵(FeSO4)、硫代硫酸鈉(Na2S2O3),分析純,購自國藥集團化學試劑有限公司;陽離子聚丙烯酰胺(CPAM),購于上海阿拉丁化學試劑有限公司。

    1.2 實驗儀器

    HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司);烏氏黏度計(北京新骉騰達儀器設備有限公司);TG16.5臺式高速離心機(上海盧湘儀離心機儀器有限公司);DGG-9070A 型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海森信實驗儀器有限公司);FT-IR-650傅里葉變換紅外光譜儀(天津港東科技發(fā)展股份有限公司);TU-1900紫外分光光度計(深圳市憶鑫儀器設備有限公司);Quanta 200型環(huán)境掃描儀(美國FEI有限公司);Ultima IV 組合型多功能水平X 射線衍射儀(日本理學公司);熱重分析儀(德國耐馳集團);DFR05型動態(tài)濾水保留測試儀(德國Mütek公司)。

    1.3 實驗方法

    1.3.1 二次淀粉的理化特性研究

    1.3.1.1 紙張抄片

    OCC廢紙漿原料成分過于復雜且雜質過多,無法對其中的二次淀粉理化特性進行針對性研究;且本課題旨在探究二次淀粉的理化特性,紙張僅是作為淀粉的載體,為減少OCC廢紙漿中雜質對二次淀粉理化特性研究造成的干擾,實驗選用原生本色針葉木漿進行抄片模擬OCC 廢紙漿中二次淀粉的溶解過程及改性,紙張定量為70 g/m2。

    1.3.1.2 表面施膠淀粉的制備

    稱取適量原玉米淀粉置于四口燒瓶中,加入蒸餾水調節(jié)淀粉糊濃度為10 wt%,分別加入0.04%(相對淀粉絕干質量)的α-淀粉酶和CaCl2固體粉末,調節(jié)pH值約為6。將四口燒瓶放入恒溫水浴鍋中以300 r/min的轉速加熱攪拌,從45℃升溫至90℃后保溫30 min。反應完畢,加熱煮沸5 min對α-淀粉酶進行滅活處理。之后,冷凍干燥72 h,粉碎后得到表面施膠淀粉。

    1.3.1.3 二次淀粉的溶解特性與制備

    將上述表面施膠淀粉配置成10 wt%濃度,將其均勻施膠在定量為70 g/m2的紙張表面。在115℃烘箱中放置干燥5 min,快速去除水分后恒溫恒濕處理24 h。將紙張撕成1 cm×1 cm的小碎片浸漬于水相中。在設定溫度的恒溫水浴鍋中,研究溫度、溶解時間和轉速對表面施膠淀粉溶解特性的影響;在研究淀粉溶解特性的基礎上,結合因細小纖維溶出造成的淀粉損失情況,實驗選定轉速為500 r/min,將紙張碎片置于80℃恒溫水浴鍋中溶解10 min,使表面施膠淀粉充分溶出,過濾、離心,將淀粉溶液與纖維分離,冷凍干燥后得到二次淀粉,研磨備用以研究二次淀粉的理化特性。

    1.3.1.4 淀粉的黏均分子質量測定

    以0.5 mol/L 的KOH 溶液為介質,按照文獻[10]中所述方法測定淀粉黏均分子質量。

    1.3.1.5 淀粉的傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析

    將干燥后的原玉米淀粉、表面施膠淀粉及二次淀粉通過KBr壓片法制成薄片,以空氣為空白樣、光譜分辨率為4 cm-1,收集其在400~4000 cm-1掃描范圍內的信號峰強度,采用FT-IR 譜圖分析原玉米淀粉、表面施膠淀粉及二次淀粉結構的差異性。

    1.3.1.6 淀粉的熱重(TG)分析

    稱取不超過10 mg 的樣品于鉑坩堝中,以空白鉑坩堝為對照樣。實驗條件為:氮氣為保護氣、流速為20.0 mL/min、升溫速率為10℃/min,由40℃升溫至600℃,對各淀粉進行熱重分析,得到TG曲線圖,對其求導得到DTG曲線圖。

    1.3.2 二次淀粉的離子化改性與資源化利用

    1.3.2.1 二次淀粉的離子化改性

    稱取一定質量的絕干二次淀粉,加入蒸餾水控制二次淀粉糊濃度為0.5%。在二次淀粉糊中加入0.02%FeSO4溶液(相對于絕干淀粉質量)作為催化劑,加入不同用量H2O2作為氧化劑以制備不同取代度的改性二次淀粉,并在反應過程中不斷加入NaOH溶液以調節(jié)反應體系pH值保持在8.5。反應裝置放置在恒溫水浴鍋中加熱反應60 min。反應結束前,加入1 mol/L鹽酸調節(jié)體系pH 值至6.5 左右,然后向體系中加入10 mL 0.1 mol/L 的 Na2S2O3溶液 (1.667 g) 作為脫氯劑,反應10 min后終止反應。將取代度為0.09的二次淀粉記為DS 0.09(H2O2用量2%),取代度為0.15 的二次淀粉記為DS 0.15(H2O2用量8%)。

    1.3.2.2 動態(tài)濾水實驗

    稱取5 g 絕干漿料置于燒杯中,加入蒸餾水控制漿濃為0.5%(總體積1 L),向漿料懸浮液中分別加入二次淀粉和不同取代度的改性二次淀粉(濃度均為0.05%,即添加量為0.5 g)。將上述配制好的紙料于45℃條件下,以250 r/min 攪拌速度繼續(xù)攪拌反應20 min 后,將紙料倒入裝有150 目濾網(wǎng)的動態(tài)濾水保留測試儀中。此時向動態(tài)濾水保留測試儀中加入1 mL 1 g/L CPAM 溶液,以800 r/min 攪拌速度攪拌、過濾并收集濾液。

    動態(tài)濾水實驗過程中,通過150目濾網(wǎng)得到混合液體,稱為網(wǎng)下濾液。通過紫外分光光度計測定I2-KI染色后網(wǎng)下濾液中淀粉濃度,記為C濾液,二次淀粉的留著率通過式(1)計算。

    式中,C原液為加入CPAM 前紙料中淀粉的濃度,g/L,此處為0.5 g/L;C濾液為加入CPAM 作用后紙料網(wǎng)下濾液中淀粉的濃度,g/L。

    在我國義務教育實際階段,小學開設的數(shù)學課程主要是為學生能全面性的個人發(fā)展,將學生生活的實際與教材知識點緊密結合的教學目標形式,將小學生對于數(shù)學的知識點能靈活運用到實際生活中。因為小學生都是處于低齡段的少兒時期,思想和心智都未成熟,且數(shù)學知識十分注重和強調邏輯性思維,因此對于小學生來說學習上還有些困難,特別是其中有相關到較為抽象的或純概念性的知識層面,有些學生還不能較好的掌握與理解。面對這些情況,小學數(shù)學教師可以開展生活情境的教學方法進行實施教學,將抽象化的數(shù)學具體形象化,復雜的問題簡單化,來提高學生學習興趣,加深數(shù)學理解能力,讓學生更容易和快速的投到數(shù)學學習狀態(tài)中去,還能學有所用,學以致用。

    1.3.2.3 紙張性能研究

    根據(jù)ISO 5269-1標準,以原生本色針葉木漿為原料,使用快速紙頁成型器抄造定量為70 g/m2的紙張。在抄紙過程中加入1 mL 1 g/L CPAM溶液作為助留助濾劑,分別進行原紙(不添加淀粉)、添加表面施膠淀粉、添加二次淀粉和H2O2改性二次淀粉紙張的抄造。干燥后的紙張經(jīng)24 h恒溫恒濕處理后測定其性能。

    2 結果與討論

    2.1 二次淀粉的理化特性

    2.1.1 二次淀粉的溶解特性

    實驗選擇原生本色針葉木漿進行打漿抄紙實驗,以確保纖維表面不存在淀粉。結合工廠表面施膠淀粉實際用量,實驗中確定表面施膠淀粉濃度為0.5 g/L。本課題中,紙料體系中淀粉吸附于纖維表面,在一定剪切力作用下,纖維之間有一定的搓揉,或將進一步影響二次淀粉的溶解特性。因此,實驗過程中將轉速設為二次淀粉溶解特性的動力學因素。將反應后的二次淀粉溶液,通過過濾、離心等作用,將纖維、細小纖維和未溶解淀粉分離,通過測量上清液中淀粉含量確定體系中溶解的二次淀粉含量,即為二次淀粉溶解率。

    圖1 溫度、溶解時間、轉速對二次淀粉溶解率的影響

    溫度、溶解時間和轉速均是影響二次淀粉溶解率的重要因素,影響效果如圖1所示。由圖1可以看出,不同轉速下,二次淀粉的初始溶解率為40%~60%,隨著轉速的增加,二次淀粉的溶解率提高,轉速為1500 r/min時,二次淀粉的初始溶解率(相同溫度下,30℃)最高,可達54%。隨著溫度的升高,二次淀粉的溶解率不斷提高。較高的溫度為破壞淀粉顆粒與纖維之間的氫鍵提供能量,同時有利于淀粉的潤脹從而暴露更多的羥基[11],增加淀粉的親水性能;而溫度較低時,淀粉分子與水分子運動均較慢,因此溶解相對緩慢。同時,轉速為淀粉(膜)從纖維表面溶解提供了剪切動力。剪切力越大,淀粉分子與水分子運動接觸機會增加,也為淀粉溶解提供動力條件。

    由圖1還可知,隨著溶解時間的延長,二次淀粉溶解率逐漸提高。超過40%的二次淀粉在1 min內即可在水相中溶解,溶解時間為5 min時,溶解率基本可以達到甚至超過60%;而后隨著溶解時間的延長,二次淀粉的溶解率穩(wěn)步提高,溶解時間20 min時,溶解率基本趨于穩(wěn)定。這主要是因為單純的淀粉(膜)涂覆于纖維表面,淀粉與纖維之間沒有牢固的化學鍵連接,遇水后氫鍵打開,淀粉分子進入水相中[12]。但是隨著水相中淀粉濃度增加,溶解推動力減弱,因而趨于平緩。

    2.1.2 二次淀粉的黏均分子質量分析

    淀粉是一種典型的高分子聚合物,在較低濃度范圍內,其溶液濃度與黏度的關系符合Huggins方程[10],見式(2)。

    式中,ηsp為二次淀粉增比黏度其中,t0為0.5 mol/L KOH溶液在烏式黏度計中的流出時間,t為二次淀粉在烏式黏度度中的流出時間ηsp、C分別表示二次淀粉的比濃黏度、特性黏度以及淀粉濃度;k為Huggins常數(shù)。

    通過ηsp對淀粉濃度C作圖,采用線性擬合方法得到在KOH 溶液中,原玉米淀粉、表面施膠淀粉與二次淀粉ηsp與濃度C的線性關系,結果如圖2所示。當濃度為0 時,直線與Y軸截距即為特性黏度[η],

    由圖2可知,原玉米淀粉的特性黏度[η]=85.3 mL/g,表面施膠淀粉的特性黏度[η]=26.9 mL/g,二次淀粉的特性黏度[η]=20.4 mL/g。

    Mark-Houwink方程式[11]給出特性黏度[η]與黏均分子質量之間的關系如式(3)所示。

    在本課題實驗條件下,溶劑為0.5 mol/L 的KOH溶液,測定溫度為25℃,查閱文獻可知K=8.50×10-3,α=0.76。將其帶入式(3)中得,原玉米淀粉的黏均分子質量表面施膠淀粉的黏均分子質量二次淀粉的黏均分子質量與表面施膠淀粉相比,二次淀粉黏均分子質量略有降低,這可能是由干燥再溶解過程中受水熱協(xié)同作用造成的降解。

    在實際生產(chǎn)中,較低分子質量的淀粉難以被藥品或試劑“捕捉”,從而增加淀粉的處理難度。同時循環(huán)水中存在的微生物更容易分解低分子質量的淀粉,直接加劇了微生物的生長和工廠惡臭氣味的產(chǎn)生,且間接地增加了循環(huán)水中的COD 值并降低了循環(huán)水pH值。由于淀粉分子的水解,約4%的纖維原料因此而損失[9]。因此,在造紙生產(chǎn)中,對循環(huán)水中二次淀粉進行合理化處理,避免或減少二次淀粉對生產(chǎn)和環(huán)境產(chǎn)生的影響。

    圖2 淀粉濃度C與增比黏度ηsp的關系

    2.1.3 淀粉的FT-IR分析

    原玉米淀粉、表面施膠淀粉和二次淀粉的FT-IR譜圖如圖3 所示。由圖3 可知,原玉米淀粉、表面施膠淀粉和二次淀粉顯示出幾乎相同的紅外特征譜帶。淀粉中主要存在C=O鍵、C—H鍵、C—O鍵及O—H鍵等化學鍵。3200~3500 cm-1處的吸收峰是氫鍵締合—OH 的伸縮振動吸收峰;2927 cm-1處的吸收峰為C—CH2—C的不對稱伸縮振動峰;1648 cm-1處的吸收峰為醛基的C=O 伸縮振動峰[13-14]。與原玉米淀粉相比,二次淀粉在3200~3500 cm-1處的吸收峰變寬,這是淀粉分子中結合態(tài)—OH 鍵的特征峰,表明二次淀粉中結合水含量增加,游離水含量降低;1016 cm-1處的峰強決定—CH2OH 中—CH 及—CH2中氫鍵的取向[15],二次淀粉在此處吸收峰的減弱,可歸因為其結晶程度的降低,從而造成氫鍵數(shù)量的減少。

    與此同時,二次淀粉中沒有新吸收峰出現(xiàn),表明二次淀粉依舊是非離子特性的物質,既沒有吸附的官能團,也沒有被吸附的官能團,難以被再次利用。這都使得二次淀粉在水相中不斷累積,特別是隨著白水封閉循環(huán)系統(tǒng)程度的增大,二次淀粉累積所帶來的后續(xù)處理問題愈加嚴重。

    2.1.4 淀粉的TG分析

    表面施膠淀粉和二次淀粉的TG-DTG 曲線分別如圖4和圖5所示。

    圖3 原玉米淀粉(A)、表面施膠淀粉(B)與二次淀粉(C)的FT-IR譜圖

    圖4 表面施膠淀粉TG-DTG曲線圖

    圖5 二次淀粉TG-DTG曲線圖

    對比圖4 和圖5 可看出,表面施膠淀粉與二次淀粉的TG 曲線基本一致,主要有3 個熱分解階段。第一階段(40℃~180℃)主要歸結為水分的蒸發(fā),隨著溫度的升高,淀粉中的吸附水和結合水吸熱揮發(fā),質量損失較少。第二階段為淀粉的主要降解階段,由淀粉分子內部脫水碳化引起,溫度為250℃時,表面施膠淀粉分子內部出現(xiàn)脫水碳化現(xiàn)象,直到350℃時基本結束,最大熱分解溫度為316.5℃;而二次淀粉脫水碳化的溫度范圍為220℃~320℃,最大熱分解溫度為303.6℃。這可能是因為二次淀粉的分子鏈斷裂,生成大量較低分子質量的二次淀粉分子,其分解溫度降低,熱穩(wěn)定性下降[16]。第三階段(>360℃)發(fā)生的則是碳化殘余物緩慢氧化分解的過程。總體分析可知,相對于表面施膠淀粉,二次淀粉的熱穩(wěn)定性有所降低。但造紙生產(chǎn)過程中熱分散環(huán)節(jié)涉及溫度最高,而其溫度依舊低于淀粉分子脫水碳化過程的溫度,更遠低于二次淀粉的最大熱分解溫度;因此,其熱穩(wěn)定性的降低不會對實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)造成影響。

    2.2 二次淀粉的資源化回用

    2.2.1 二次淀粉的理化特性

    經(jīng)H2O2改性的二次淀粉理化特性會發(fā)生改變。表1 為原玉米淀粉、二次淀粉、H2O2改性二次淀粉(DS 0.09的DS 0.15)理化特性的對比。H2O2作為氧化劑可將淀粉分子C5 位的羥基氧化成羧基。其中,DS是表征淀粉改性效果最直接的方式,表示二次淀粉離子化改性后的羧基含量。由表1 可知,H2O2用量增加,則改性二次淀粉的羧基含量隨之增加。濁度表征淀粉濃度及顆粒的大小,一定程度上表征淀粉溶解和分散的情況。濁度隨H2O2用量的增加而降低,這是因為改性二次淀粉羧基含量越高,解離出的羧酸根陰離子量增加,淀粉顆粒表面上負電荷增加,靜電排斥增大而提高了二次淀粉溶液的分散性能,因此濁度降低。Zeta 電位和陽離子需求量(PCD)用于表征淀粉的電荷性質。Zeta電位反映淀粉顆粒表面電荷,其與膠體物質的穩(wěn)定性直接相關,而PCD反映了體系中溶解物質的負電荷量。隨著H2O2用量增加,改性二次淀粉羧基含量增加,導致淀粉顆粒表面的負電荷增加,因此Zeta電位絕對值和PCD均提高。結果表明,H2O2對二次淀粉的離子化改性成功,使其具有重新吸附到纖維上的可能性;且H2O2用量越多,二次淀粉的取代度越高。

    2.2.2 二次淀粉資源化回用對造紙濕部的影響

    淀粉在造紙濕部及表面處理(施膠、涂布)中具有廣泛應用,OCC制漿廢水中的二次淀粉作為寶貴的淀粉資源,一定程度上可以代替原淀粉助劑添加到造紙過程中并起到資源化回用效果?;诖?,將二次淀粉溶液回用造紙濕部,并研究其對造紙濕部的影響及留著效果。

    濾水性能是造紙過程的重要指標,而游離淀粉對于漿料的濕部特性,尤其是濾水性能有一定影響[17]。濾水速度過快,漿料在成形時勻度較差;濾水速度較慢,脫水時間變長,造成紙機車速下降,產(chǎn)量降低。圖6為濾水時間20 s時添加不同淀粉漿料體系的濾水量。從圖6可以看出,添加離子化改性二次淀粉漿料體系的濾水量低于不含淀粉漿料體系的濾水量,但高于添加二次淀粉的漿料體系;且取代度越高,濾水量越高,這可能是因為取代度高的二次淀粉其表面負電荷較高,CPAM將其與細小纖維交織在一起,減少了細小組分對纖維間過濾孔隙的阻塞,提高了漿料濾水效果[18]。

    表1 淀粉基本理化特性的表征

    圖6 淀粉對造紙濕部的影響

    留著率表示二次淀粉被重新吸附到纖維表面的百分比,是資源化回用的重要指標。未經(jīng)處理的二次淀粉在纖維表面的留著率為18.5%,此時在濾水過程中,存在相當部分粒徑較大的淀粉顆粒被致密的濾水通道攔截在纖維交織處,由于彼此之間的連接并不緊密,有再次流失到造紙濕部系統(tǒng)的可能性。但隨著改性二次淀粉取代度的提高,漿料體系中電負性增大,改性二次淀粉表面的可結合位點增加;改性二次淀粉取代度為0.15 時,改性二次淀粉留著率提高到約48%,留著率大幅提高。同時,搭配更優(yōu)的助留助濾體系也會對二次淀粉的資源化回用提供幫助。

    2.2.3 二次淀粉資源化回用對紙張性能的影響

    為了解二次淀粉對紙張性能的影響,對比原紙、添加表面施膠淀粉、添加二次淀粉、添加改性二次淀粉(DS 0.09和DS 0.15)紙張的物理性能,結果如表2所示。

    由表2可知,添加二次淀粉對紙張的物理性能具有一定的增強效果,但是低于添加表面施膠淀粉紙張的物理性能。這可能與二次淀粉的分子質量降低有關,二次淀粉分子質量降低,在一定程度造成淀粉分子鏈變短,降低了二次淀粉、CPAM 與纖維間的交織能力。同時,隨著改性二次淀粉取代度的提高,紙張的物理性能有所提高。取代度的提高,表明淀粉表面的離子化程度增大,CPAM 與改性二次淀粉顆粒有更多的碰撞、結合機會,CPAM 作為紐帶將纖維與改性二次淀粉顆粒連接在一起,增加了改性二次淀粉留著在纖維表面的可能性,因此提高了紙張的抗張強度與耐破度??傮w來說,二次淀粉回用到造紙濕部可在一定程度降低后續(xù)廢水處理負荷、代替部分原淀粉且在一定程度上提高紙張物理性能,是對造紙資源的保護和再利用。

    表2 二次淀粉資源化回用對紙張物理性能的影響

    3 結 論

    本課題采用紙張表面施膠-干燥-溶解的基本工藝步驟,模擬制備廢舊箱紙板(OCC)廢紙漿二次淀粉,分析了二次淀粉及經(jīng)過氧化氫(H2O2)離子化改性二次淀粉的理化特性、留著性能和對紙張的增強效果,主要結論如下。

    3.1 隨著溫度、溶解時間及轉速(摩擦力)增加,二次淀粉的溶解率提高。且溶解初期速度較快,后期趨于平緩。當溶解條件為溫度90℃、溶解時間30 min、轉速1500 r/min 時,二次淀粉幾乎可以全部溶出。熱重分析表明,與表面施膠淀粉相比,二次淀粉的熱穩(wěn)定性降低,最大熱分解溫度由316.5℃降低到303.6℃ ; 黏 均 分 子 質 量 由 0.4×105g/mol 降 為0.3×105g/mol。同時紅外譜圖表明,二次淀粉沒有生成新的官能團,依舊為非離子特性。

    3.2 通過對二次淀粉進行離子化改性,使其重新吸附留著在纖維上。與未改性二次淀粉的留著率相比,取代度0.15 的改性二次淀粉(DS 0.15)留著率可達約48%。與添加二次淀粉相比,添加改性二次淀粉,紙張的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)也有所提高。通過H2O2改性的二次淀粉不僅能代替部分濕部淀粉并提高紙張物理性能,還能實現(xiàn)廢棄淀粉的資源化利用,符合可持續(xù)發(fā)展道路的宗旨。因此,二次淀粉的資源化利用具有重要的可行性與研究價值。

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