OCC二次淀粉溶解特性研究及其资源化利用

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瓦楞原纸与箱板纸生产原料几乎100%来自于回收的废旧纸箱(OCC),为克服OCC废纸纤维劣质化,提升纸和纸板的强度性能,淀粉表面增强剂成为了瓦楞原纸及箱纸板制造企业生产线标配。然而,在OCC制浆过程中淀粉又将从纸浆纤维表面溶解进入水中成为二次淀粉,因其非离子特性,既没有吸附功能,也没有被吸附的官能团,只能送污水处理,这不仅是对宝贵淀粉资源的巨大浪费,也会在废物处理过程消耗大量财政资源。因此,掌握废纸纸浆纤维表面淀粉膜的溶解行为及其特点,有助于实现在生产过程中二次淀粉的资源化利用,为清洁造纸生产提供理论基础与方法参考。通过模拟废纸淀粉表面施胶流程,剥离纤维表面的硬化淀粉膜,模拟废纸制浆中的二次淀粉。在此基础上利用响应曲面分析等手段,研究二次淀粉在不同淀粉施胶量、处理时间、体系温度、剪切力、合成表面施胶剂作用下的溶解特性,了解与掌握淀粉膜在水相与浆水体系中的溶解历程。总结二次淀粉溶解特点,并优化实验及验证实际生产工艺中OCC二次淀粉的溶解情况。在此基础上,通过过氧化氢离子化改性技术对二次淀粉进行离子化改性,检测改性前后二次淀粉理化特性的区别,以及不同条件下二次淀粉的留着效果及对资源化应用的可能性。实验结果表明:二次淀粉在水相体系中,初始阶段淀粉由于其亲水特性,趋向于润胀,当溶解温度提高,溶解时间变长,水分子运动加剧,水分子能轻易进入淀粉内部,当润胀达到临界点,二次淀粉间的氢键连接断裂,二次淀粉颗粒解离,实现真正溶解,而在高二次淀粉施胶量时,由于水相中淀粉溶解度达到饱和,溶解温度和溶解时间对其作用不再明显,其溶解度在该条件情下较低。当二次淀粉在浆水体系时,由于其自身特性以及氢键作用,二次淀粉紧密的黏附在纤维表面,二次淀粉随纸料于水中碎解,当温度低于60°C,二次淀粉的亲水特性使其润胀,而润胀的淀粉颗粒通过纤维之间的相互摩擦,脱离纤维表面,但是由于温度无法使淀粉充分润胀,其溶解度较低。当温度高于75°C,二次淀粉易润胀破裂,并且浆水体系中纤维的存在,使得润胀的二次淀粉易被纤维与纤维之间的搓揉作用加快解离,溶解速度加快。而对于淀粉与烷基烯酮二聚体(AKD)类合成表面施胶剂复配后形成的二次淀粉,由于AKD的作用,二次淀粉物化特性发生变化,二次淀粉亲水性下降,无法快速润胀,二次淀粉溶解率进一步降低。将上述二次淀粉溶解特性代入实际OCC生产工艺,研究结果表明,在生产过程中超过90%的二次淀粉能够完全溶解,这种溶解淀粉具有非离子成分而成为污染物。同时对二次淀粉留着性能进行研究,结果表明:在阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)/羧甲基纤维素(CMC)体系中CMC的存在一定程度抑制了纸料的湿部性能,导致二次淀粉留着情况不佳,而凹凸棒土在CPAM/凹凸棒土、CMC/CPAM/凹凸棒土的助留体系中通过其表面的负电荷与阳离子助剂链尾发生桥联,对二次淀粉的留着有一定的促进作用。而在CMC/CPAM/凹凸棒土前端加入一定量阳离子电荷的聚合氯化铝可以改善CMC的过阴离子化对二次淀粉控制产生的负面影响。最后,对二次淀粉进行离子化改性后,离子化程度的增加能够进一步提高二次淀粉的留着,纸料滤水速度及Zeta电位提高,并且离子化改性的二次淀粉经固着后能提高纸料的物理性能,达到资源化回用的目的。
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