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                壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较

                发布日期:2014-10-20 21:02:13
                壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果直接笼罩了五千刀鞘恶魔的比较研究
                壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较
                壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较,造纸法烟草薄片是以烟梗♀、碎烟及烟末等废料←制 成的烟草浆与一定量的木浆及填料等混合经造纸机抄 造※成基片再经浸渍涂布而制得。由于食〇品安全指标的 特殊要求,使得造纸法烟草薄片生产中所用助剂的选 择受到限制,必须要达到天然、无毒,同时具身影直接消失有良好 的助留助滤和增强等性能。传统的造纸法烟草薄片生 产多以瓜尔胶作为湿部助▆剂,本实验探讨了以壳聚糖 作为湿部助剂的效果,并对两者的应用效果进行了 比较。
                壳聚糖是●由氨基葡萄糖通过yS4,4糖苷键连接※ 而成的,其分子链上分布着许多羟基、氨基,还有 —些N-乙酰氨基1]的线性↘大分子,是自然界╲存在的 唯一碱性天然多糖,其分子结构与纤维素的结构相 似。使用壳聚糖作为造①纸助剂时,由于其分子链ξ上 有许多正电中心与羟基能在纤维之间架桥形成絮聚 体,从而起到助留助滤的作用。而且也可以通过【其〓 分子中的极性基团与纤维素分子中的羟基、羧基和 醛基形成氢键、离子键和共价键,因而可提高纸张 的湿强度。
                本实验选择了3种不同相对分子质量办法了的阳离子壳 聚糖和1种阳离子瓜尔胶作为ξ 湿部添加剂,通过实验 比较它们对烟草浆←料的助留助滤性能、对烟草基片∮的 柔软性能和干湿强度的影响,旨在为◆优选造纸法烟草 薄片的助剂提供依据。
                1实验
                1.1原料及其性能参数
                烟草基片的浆料配比为烟草浆:漂白硫酸『盐木浆 :PCC=65%:20%:15%;烟草浆打浆度为17°SR,漂 白硫酸盐木浆打浆度为25°SR,PCC为工业级。
                实验选择阳离子壳聚糖和阳离↑子瓜尔胶共4种助 剂试样进行了在烟草◇浆料中应用效果的研究。实验所 用助剂的性能●参数见表1。
                表1阳离子助剂的性能参数
                种类相对分子质量/万阳电随后目光一闪荷密度︾/mmol*g-1脱乙酰度/%
                瓜尔胶-3.45-
                1#壳聚糖4013. 1786. 50
                2#壳聚糖8011. 3186.20
                3#壳聚糖12012. 5590.90
                1.2仪器与设备
                粒子电荷测定仪,MUTEKPCD-03,BTG公司; 动态滤∩水仪,DFR-04,BTG公司;动态︼滤水仪 (DDJ),0305S,Gist Co.,韩国;SE051 厚度仪, Lorentzen&Wettre 公司,瑞典;SE062抗张强度测试 仪,Lorentzen&Wettre 公司,瑞典;纸张共振挺度测 定仪,中国制浆造纸♂研究院;湿抗张强度测定⌒仪, EJA Vantage 型,美国 Thwing—Albert 公司;KRK 高浓 磨浆机,日本产;低浓磨∞浆机,ZDP型,河南沁阳运 强环保设备々厂;95854型快速纸页成形器,德国 FRANK。
                1.3实验方法
                (1)烟草浆料单程留◤着率的测定 将烟草浆料用自来水配成0.5%的浓度,然后量 取相当于2.5 g绝干☆浆的烟草浆料500 mL,加入助留 剂搅匀后转移到动态滤水仪(DDJ)中,在750 r/min 下搅拌70 s时打开排水阀,取最初的100 mL滤液, 用已恒重的滤纸过滤,烘干,称质量。
                单程留命令着率R (%)按式(1)计算:
                R = (S0-5S) /S0x100%
                =(1-C/C0) x100%(1)
                式中:S0—500 mL烟草浆☉料中固形物质量,g;
                S一100 mL滤液中固形物质量,g;
                C。一烟草浆料的浓度,%;
                C一滤液的浓♀度,%。
                ( 2) 烟草浆料动态滤水的测是尊者定 将烟草浆料用自来水配成0.3%的浓度,然后量 取1000 mL配好的浆料,加入阳离子助△剂后倒入到动
                态滤水仪DFR-04中,开动搅拌器,在750 r/min的 转速下搅拌30 s时打开阀门,测定10 s滤水时≡间内 的滤液量(g)。
                (3)手抄片物理↑性能测定 定量:GB/T451.2—1989;厚度:GB/T451.3— 1989;抗张强度:GB/T453 —1989;湿抗张强度: TAPPIT456 om-03;挺度:GB/T12909—1991。
                2结果与讨↘论
                对所选择的4种阳离子助剂,分别研究它们对烟 草浆料的助留助滤性能,以及对烟草基片松▓厚度、柔 软性、干湿抗张强度等性能的影响,并对其应用效果 进行比较。
                2.1壳聚糖和瓜尔胶对烟草浆料的助留助滤性能 烟草『浆料中的烟梗、碎烟和烟末在磨浆过程中会 形成大量的细小组分,并且有大量的烟草水溶性物质 与填料存在于浆料体系而这时候中,壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较,这会№对烟草浆料体系的留 着和滤万节和桃花坞水产生严重的负面影响。当添加壳聚糖或瓜尔 胶之后,它们的作用效果如图1所示。
                 
                从图1中可以●看出,壳聚█糖的助留效果明显优于 瓜尔胶,而3种不同相对分子质量的阳离子壳聚糖对 烟草浆料的助留效果差别并不明显。当瓜尔胶用量为 0. 6%时可获得较☆好的助留效果,而壳聚糖用量为 0. 4%时助留效果达到最佳,单ξ程留着率高达97%, 比使用瓜尔胶》时提高6个百分点,比瓜尔胶用量为 0.6%时还要高出5个百分点。这主要是√由于壳聚糖 比阳ζ离子瓜尔胶具有更高的阳电荷,与浆料作用时壳 聚糖可以通过电荷中和作用,吸附在浆料中的∏纤维和 细小纤维表面,以及溶解性的半纤维素、亲ξ 脂性抽出 物等那他胶体状物的表面,与溶解性的碳水∞化合物,如 P—千维素、Y■纤维素间生成聚电解质复合物2 ;并且 能与细小纤维★和无机填料发生静电中和、桥联、镶嵌 及√氢键作用,使之絮凝3,因而可提高烟草浆料中 细小组分和填料的留着率。当壳聚糖的用量较高时, 其助留效果开始下降,这是由于壳聚糖具有较高的阳电荷♂密度,较大的用量能使浆料系统的电荷性质发生 逆转,导■致留着率下降。由于瓜尔胶的电荷密度较 低,因而在1%的用量之内,随着瓜尔胶用量的增 加,留着率一直我就先杀了你呈上升趋势,只是用量超过0.4%之 后,上升趋势平缓。
                 
                从图2可以看出,壳聚糖的助滤作用明显大于瓜 尔胶。随着壳聚糖用量的增加,烟草浆料↙的滤水性能 呈上升趋势,较低的壳聚糖用量就能明显改善烟草浆 料的滤水速下面度≡。当首领过奖了壳聚糖用量为0.4%时,就能使烟 草浆料10 s的滤水量较空白样提高240 g,比使用瓜 尔胶时提高200 g (滤水№速度提高44%)。而当瓜尔 胶用量为1. 0%时,仅能使10 s的滤水量较空白样提 高100 g左右。这主要是︻由于壳聚糖较瓜尔胶具有更 高的阳电荷密度,与浆料作用时容易毕竟被纤维、细小组 分吸附」形成絮聚体,并能中和纤维表面细小纤维的电 荷使其发生◥收缩,导致流体阻◤力减小,滤水性能提 高。但是,当壳聚糖用量较高时,浆料的▅滤水速度呈 下降趋势,这是由于浆料的电荷性质发生逆转所致。 而在1%的用量之内,随着瓜尔胶用◣量的增加,浆料 的滤水速度_直▆呈缓慢上升的趋势。这是由于瓜尔胶 的阳电荷明显低于壳聚糖,当瓜尔胶的用量低╱于 1.0%时,不会导致浆料的电荷性▽质发生逆转。
                2.2壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片松厚度的影响
                烟草基片的松厚度是评价烟草薄片质量的吩咐重要指 标之_,直接影响烟草基片浸渍涂布时的△吸液量,而 且与卷烟的填充值、口感和燃烧性能有着重要的联 系。与国外产品凭你相比,国内烟草薄片存在松厚度较小 的问题,因此有必要考察使用助剂时对烟草基片松厚 度的影响。从图3可以看出,壳聚糖或瓜尔胶的添→加 均能使烟草基片的松〓厚度有所提高。当助剂用量】∞为 0.2%时,烟草基片的松厚度能够从2.11 cm3/g提高 到2. 16 ~2. 18 cm3/g,其中相对分子质㊣ 量为80万的 2#壳聚糖的作用效№果最好。当助剂︼用量大于0. 2%以 后,除2#壳聚糖能够使烟草基片的松厚度继续提高
                之外,其他3种助剂对提高烟草基』片松厚度的作用不 明显。
                 
                烟草薄片△的柔软性是评价烟草薄片质量的重要指 标之_,在卷烟的加工过程中,要求烟草薄片具有良 好的柔◢软性。然而影响其柔软性的因素较多,其中烟 草基片的柔软性对烟草薄片的柔软性影响较大◆。壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较,本实 验采用共振法测定烟草基片的挺度,以此来︽间接表示 其柔软性能,即挺度越高烟草基片的柔软性越差,实 验结果如图4所示。
                 
                图4壳聚糖和瓜尔胶对ζ烟草基片挺度的影响
                从图4可以看出,使用壳聚¤糖作为助剂对烟草 基片的柔软性影响较小。对于壳聚糖而言,中等相 对分子质量(80万)的2#壳聚糖对烟草基片挺@度 的影响较高相对分子质量(120万)和低相对分子 质量(40万)的壳聚〇糖要小;瓜尔胶对烟草基片 挺度的影响较壳聚糖要大。当助剂添加量▲为0.4% 时,与空白样♀相比,瓜尔胶使烟草基片的挺度提高 35%,而2#壳聚糖对烟草基片的挺度(柔软性)几 乎没有影响。
                壳聚糖和瓜尔胶本身就是_种很好的纸张增※强 剂,与纤维作用时能与纤维表面形成氢键和静电结 合,使得在较小若是以的壳聚糖与瓜尔胶加入量时就能使烟 草基片的挺度有较大的提高。但是随着壳聚糖与╲瓜尔 胶用量的连退数步增加,烟草基片的挺度达到最大值后开始下 降,这主要是由于随着△助剂用量的增加导致烟草基片冷冷 中填料的⊙留着增加,PCC留着的增大不仅阻碍了纤
                 
                正常运转,而且烟草薄片在后续加工(切丝、卷烟 等)过程中需要在一〓定湿度和温度下进行调理,因 此对烟草基片的湿强度有一定的要求。添加助剂对烟
                草基片湿抗张强度的影响如图6所示。
                 
                维间的√结合,而且还能提高〖烟草基片的柔软性。在相 同助剂用量下与瓜尔胶相∑比,使用壳聚糖作为助剂对 烟草基片的柔软性影响较小,这与壳聚糖的助留←效果 优于瓜尔胶相关。
                2.4壳聚糖卐和瓜尔胶对烟草基片抗张强度的影响 烟草薄哈哈哈片成品的质量指标,要求其抗张强度 矣1. 00 kN/m (参照烟草行业标准YC/T 16. 3—2003), 过高的强度会使烟草薄片的后续加工性能及青帝星柔软性、 口感】等品质下降,但过低的强度会影响纸机的正常运 行。助◇剂对烟草基片强度性能的影响如图5所示。
                从图5中可以看●出,较少的阳离子助剂用量 (0.2%)就会使烟草基片的抗张强度∏明显下降,这 是因↑为阳离子助剂的添加使得体系中PCC等的留着 率增加,烟草●基片中的填料和细小组分阻碍了纤维间 的氢键结合,从而降低了烟草基片的结合强度。但是 当助剂用量大于ㄨ0.2%时,随着助剂用宝星量的增加,烟 草基片的抗张强度也随之增加。这是由于壳聚糖与瓜 尔胶被带负电荷的纤维表⌒面吸附,成形时填ξ充于纤维 之间,这种填充作用必将增大纤维间的抬头望天结合面积,同 时助剂分子上的众多基团与纤维表面上剑芒一闪的基团彼此间 相互作用,在干燥过程中,水分的蒸发为壳聚糖和瓜 尔胶与纤维素分子间氢键和化学键的形成提供了更多 机会,从而♀使得烟草基片的结合强度得以提高。
                由于壳聚糖的助留效果明显优于瓜尔胶,因此添 加壳聚糖对烟草基片抗张强度的影响比添加瓜尔胶要 大。在0.4%的用量下,壳聚糖的助留效果最好,而 此时烟草基片的抗张指数★较使用瓜尔胶时低20%左 右。虽然使用壳聚糖作为助剂时烟草基片的抗张指数 较低(8~9N*m/g),壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较,但是已经能够满足纸机抄造的 要求,而且『也不希望烟草基片具有较高的强度性能, 更重要的是使用壳聚糖能够获得良好的助留助滤、松 厚度、柔软性等综合性能。
                2.5壳聚糖和瓜尔※胶对烟草基片湿强度的影响
                目前,国内的造纸法烟草薄片生产中大都采用浸 渍法涂布,烟草基片湿强度的大小会影响涂布加工的
                从图6可看出,当助剂用量0.1%时,烟草基片的 湿抗张强度下降,这是由于填料PCC的留着①率提高所 致。当助剂用量大于0.1%以后,瓜尔胶对湿抗张强度 几乎没有提高,而壳聚糖却能卐明显改善烟草基片的湿 抗张强度,其中相对分子】质量为80万和40万的2#壳 聚糖和1#壳聚糖的增湿强作用更加明显,并在用量为 0. 6%时达到最佳◥效果,比使用瓜尔胶时的湿》强度提高 约120%。这主要是因为瓜尔胶是以半乳糖和甘露糖为 基本结构单元的聚合物,其结构类漆黑似于半纤维素,与 纤维表面的结合主要为氢键结合,遇水容易遭到破坏; 而壳聚糖是线性○大分子,相对分子质量较大,具有良 好的成膜能力,对纤维有足够的黏合强度并能在纤维 之间架桥,其分子链上的正电中心和羟基、部分氨基 与纤维表面的非离子区域的羟★基形成了众多的→分子间 氢键4。另外,壳聚糖分子中的碱性基团一NH2可以 充分接近纤维表面,不仅可以和纤维表面的羧基形▼成 离子键合,也可以与纤维中存在的_些醛基形成少量 共价键5],从而提高烟≡草基片的湿抗张强度。
                3结论
                3.1在造纸法烟草有一部分是散神基片的抄造中添加壳聚糖能够明 显提高烟草浆料的留着和滤水性能。与瓜尔胶相比, 在0. 4%的用量下壳聚糖能使〖浆料的单程留着率提高 6个百分点,滤水速度提〗高44%。
                3.2添加壳聚糖有助于改善烟草基片的松厚度,在 选择的4种助剂中,相对分子质量【为80万随后脸色大变的壳聚糖〒 的作用效果相对较好。
                3.3添加壳聚糖和瓜尔胶对烟草基片的柔软性可惜有不 同程度的负面影响,在0.4%的用量下,与空白样相 比,瓜尔胶能使烟草基片的共振挺度提高35%,而 相对分子质量为天雷掌扩散了出去80万的壳聚糖对烟草☆基片的挺度 (柔软性)几乎没有影响。
                3.4添加壳聚糖和瓜尔胶能使烟草基片的抗张强度 下降,壳聚糖和瓜尔胶在造纸法烟草薄片中应用效果的比较,其中壳聚糖的作用更加明显。在添加他为什么要用神之领域笼罩量均为 0. 4%时,使用壳聚糖比使用瓜尔胶时抗张强度降低 20%左右,但是其强度性能已满足纸机抄造和烟草薄 片强度指标的要求,而且能够使烟草薄╳片获得其他诸 多良好的综合性能。
                3. 5添加壳聚糖能够明显改善烟草基片的湿抗张强 度,在0.6%的用量下,相对分子质量为80万和40 万的壳聚糖能使烟草基片的湿抗张强度比使用瓜尔胶 时提高120% 左右。
                3.6在造纸法烟草薄片的生产中更适合采用↘壳聚糖 特别是相对分子质量为80万左右的壳聚糖作为湿部 助剂,其添加量♂以0.4% ~0.6%为宜。
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