聚丙烯酰胺在造紙干強(qiáng)劑中的應(yīng)用

在造紙工業(yè)中，干強(qiáng)度增強(qiáng)劑是提高紙張強(qiáng)度的重要化學(xué)品。從真正意義上講，干強(qiáng)度增強(qiáng)劑的使用和開發(fā)始于20世紀(jì)50年代初，標(biāo)志著聚丙烯酰胺的成功工業(yè)化。聚丙烯酰胺是一種性能優(yōu)良、環(huán)境友好的高分子聚合物。被稱為“標(biāo)準(zhǔn)造紙?zhí)砑觿保诟鲊旒埞I(yè)中所占比例越來越大。

聚丙烯酰胺是通過單體聚合獲得的水溶性聚合物，可合成分子量為數(shù)千至數(shù)千萬的聚合物。低分子量的部分進(jìn)入纖維孔隙，沒有紙張增強(qiáng)作用；分子量過大，凝集過大，導(dǎo)致紙張組織不均勻，紙張增強(qiáng)效果差。紙張干強(qiáng)劑的適宜分子量為200000-500000。根據(jù)離子基團(tuán)的不同，可分為陰離子聚丙烯酰胺（apam）、陽離子聚丙烯酰胺（cpam）和兩性聚丙烯酰胺（ampam）。

1。紙張干強(qiáng)劑的作用機(jī)理

干強(qiáng)劑種類繁多，對其增強(qiáng)機(jī)理存在不同看法。目前主要集中在以下幾個方面：

（1）纖維間氫鍵結(jié)合和靜電吸附過程中產(chǎn)生干強(qiáng)度的主要原因，尤其是當(dāng)存在多個氫鍵聚集點和強(qiáng)大的結(jié)合力（鍵能82kj/mol）時，加入干強(qiáng)度劑后可以增強(qiáng)氫鍵結(jié)合。有些分子含有各種活性基團(tuán)，它們能與纖維上的羥基產(chǎn)生強(qiáng)烈的分子間相互作用和氫鍵。

（2）干強(qiáng)劑也是一種高效的纖維分散劑，它可以使纖維在紙漿中的分布更加均勻，改善紙張的成型，使纖維之間的粘合更加均勻，增加纖維之間以及纖維與聚合物之間的粘合點，從而提高干強(qiáng)度。

（3）干強(qiáng)劑可以提高細(xì)纖維的截留率和紙張的濾水性，從而提高濕紙的固結(jié)度。

聚丙烯酰胺中酰胺基1的氫容易與纖維中的羥基結(jié)合，從而增強(qiáng)氧鍵的結(jié)合作用，提高紙張的強(qiáng)度。

2。陰離子聚丙烯酰胺

在各類聚丙烯酰胺中，陰離子聚丙烯酰胺的發(fā)展歷史最長，技術(shù)最成熟。它具有成本低、表面活性好、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。該方法通過丙烯酰胺和丙烯酸共聚，在聚合物鏈中引入離子化羧基，并在堿性條件下水解聚丙烯酰胺的一些酸性氨基來獲得。

陰離子聚丙烯酰胺的分子量由一種新的引發(fā)劑體系控制。結(jié)果表明，當(dāng)分子量較低時，有利于提高拉伸強(qiáng)度；當(dāng)分子量較高時，有利于提高耐破性和耐折性。研究了陰離子聚丙烯酰胺的合成。通過改變反應(yīng)條件，得到了不同分子量的聚內(nèi)酰胺。結(jié)果表明，合成的分子量為25.5萬的陰離子聚丙烯酰胺使紙張的斷裂長度增加了27%，耐破指數(shù)增加了69.4%。分子量為16萬的陰離子聚丙烯酰胺對撕裂強(qiáng)度和耐折性有很大影響，分別提高了92%和13.8%。

3。陽離子聚丙烯酰胺

陽離子聚丙烯酰胺w的合成早在20世紀(jì)60年代就有報道。到目前為止，它的研究和應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。首先，通過自由基聚合制備陽離子聚內(nèi)酰胺，然后與甲醛和二甲胺反應(yīng)得到含有陽離子側(cè)基的氨基甲基聚丙烯酰胺。在聚丙烯酰胺的胺甲基化反應(yīng)中，甲醛與二甲胺按1:1.2（物質(zhì)量）的比例混合生成二甲胺甲醇，然后與pam反應(yīng)生成陽離子聚丙烯酰胺。其優(yōu)點是游離甲醛含量少（0.5%），產(chǎn)品穩(wěn)定期長。在marmich改性聚丙烯酰胺的過程中，采用單因素優(yōu)化法確定了一步進(jìn)料方式等最佳反應(yīng)條件。結(jié)果表明，一步反應(yīng)的效果優(yōu)于兩步反應(yīng)。

目前，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（dmc），丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（dac）和2-{n，n-二甲氨基）甲基丙烯酸乙酯（dm），2-（n，n-二甲氨基）丙烯酸乙酯（da），二甲基二烯丙基氯化銨（dmdaac）其他廉價的陽離子單體可以與丙烯酰胺共聚，得到增強(qiáng)效果好的聚合物。與陽離子改性法制備的聚丙烯酰胺相比，該產(chǎn)品穩(wěn)定性好，價格低廉。這是一種未來值得大力開發(fā)的產(chǎn)品。以二甲基二烯丙基氯化銨（dadmac）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯（dmc）為陽離子單體，與丙烯酰胺反應(yīng)制備的陽離子聚丙烯酰胺能顯著提高紙張的干強(qiáng)度。采用乳液聚合法合成了一系列使用方便、穩(wěn)定、適用于酸性、中堿性造紙體系的陽離子聚丙烯酰胺乳液干強(qiáng)劑。因此，當(dāng)添加量為1.0%（絕對干漿）時，紙張的拉伸指數(shù)、撕裂指數(shù)和破裂指數(shù)分別比空白樣品提高28.4%、41.5%和24.2%。以過硫酸銨為引發(fā)劑，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和陽離子單體進(jìn)行乳液共聚，制備了季銨型陽離子干強(qiáng)劑。當(dāng)使用11.0%（絕對干漿）時，紙張的環(huán)壓指數(shù)提高了10%以上，硬度提高了8%以上，紙張具有良好的溶解性。以丙烯酰胺、醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯為原料，通過過硫酸鉀引發(fā)乳液共聚制備了造紙用干燥增強(qiáng)劑。這種乳液對紙張有顯著的增強(qiáng)作用。
以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（dmc）和丙烯酰胺（am）為單體，進(jìn)行了低分子量陽離子聚丙烯酰胺的水溶液共聚。討論了引發(fā)劑、聚合單體濃度、陽離子單體含量等因素對聚合反應(yīng)的影響，并結(jié)合其對提高瓦楞原紙環(huán)壓強(qiáng)度的作用，對影響聚合反應(yīng)的因素進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)陽離子聚丙烯酰胺的分子量在40萬左右時，其是最合適的墻紙環(huán)壓增強(qiáng)劑；當(dāng)使用低分子量陽離子聚丙烯酰胺作為環(huán)壓增強(qiáng)劑時，合適的用量為0.4%-0.6%。

4。兩性聚丙烯酰胺

兩性聚丙烯酰胺作為造紙工業(yè)中的干強(qiáng)劑，由于其鏈中既含有正電荷又含有負(fù)電荷，已成為國內(nèi)外研究的熱點。與只有一個電荷的陽離子或陰離子聚丙烯酰胺相比，兩性聚丙烯酰胺具有更明顯的“抗聚合介電效應(yīng)”和更廣泛的ph應(yīng)用。核殼乳液聚合用hod合成了造紙用兩性聚丙烯酰胺乳液。同時，研究了單體配體、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對ampam乳液性能的影響及其對造紙的增強(qiáng)作用。結(jié)果表明，合成的ampam乳液具有良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。當(dāng)添加量為0.3%時，造紙的環(huán)壓指數(shù)、斷裂長度和破裂指數(shù)分別提高了20.3%、24.6%和30.3%。同時，ampam乳液增強(qiáng)劑固體含量高，降低了包裝和運(yùn)輸成本。將丙烯腈（an）添加到dmc/am/aa中?？紤]到拉伸指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)，干強(qiáng)劑分子中的a含量越多，聚合物的極性越大，分子剛性越大。同時，它能與紙纖維形成強(qiáng)大的分子間作用力，增強(qiáng)效果明顯；但是，當(dāng)用量過大時，干強(qiáng)劑分子中陽離子和陰離子的含量會相對減少，從而降低其與纖維的結(jié)合程度。這導(dǎo)致拉伸指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)降低。就耐折性而言，當(dāng)an的用量增加時，干強(qiáng)劑分子上的極性基團(tuán)越多，組分硬度越大，耐折性越小。以丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸和促進(jìn)劑mpa為原料，合成了兩性聚丙烯酰胺紙用干強(qiáng)劑。具有良好的加固效果。紙張硬度可提高18%-20%，斷鏈長度可提高20%-25%，耐折性可提高60%-90%。論文各項指標(biāo)均高于其他廠家。

以丙烯酰胺（am）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯（dmc）為單體，過硫酸鉀-亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑，采用水溶液聚合法合成了一種穩(wěn)定的輔助陽離子聚丙烯酰胺（cpam）。以闊葉木漿為紙漿，助劑用量為0.2%-0.4%，紙漿ph值為7，打漿度為35℃；sr，在制作60g/m2紙張時，紙張的拉伸指數(shù)可以提高30%以上，耐破指數(shù)可以提高20%以上，耐折性可以提高70%以上，撕裂指數(shù)不能提高。

5。新型交聯(lián)或接枝聚丙烯酰胺

隨著原材料和造紙環(huán)境的顯著變化，陽離子聚丙烯酰胺也得到了改善。國內(nèi)外開發(fā)的新型支化或交聯(lián)聚丙烯酰胺的應(yīng)用效果優(yōu)于傳統(tǒng)的合成高分子干強(qiáng)劑。例如，丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺通過引發(fā)劑聚合得到交聯(lián)共聚物，然后通過曼尼希反應(yīng)得到陽離子聚合物，可以用作紙張干強(qiáng)度劑。以美人芋淀粉為原料，合成了美人芋淀粉磷酸酯。然后將淀粉磷酸酯接枝丙烯酰胺。合成產(chǎn)物為陽離子，用作干強(qiáng)度劑。以玉米淀粉和丙烯酰胺為原料，合成了淀粉接枝聚丙烯酰胺（st-pam）。研究了反應(yīng)條件對接枝效率、接枝率和單體轉(zhuǎn)化率的影響。通過正交實驗優(yōu)化了反應(yīng)條件。結(jié)果表明，淀粉接枝聚丙烯酰胺在用量、拉伸強(qiáng)度和斷裂長度方面均優(yōu)于聚丙烯酰胺；然而，聚丙烯酰胺的抗撕裂和抗折疊效果優(yōu)于淀粉接枝聚丙烯酰胺。通過對聚丙烯酰胺的優(yōu)化，窄分子量陰離子聚丙烯酰胺的相對分子質(zhì)量控制在300000-500000，然后接枝陽離子淀粉。由于窄分子量聚丙烯酰胺的相對分子量分布范圍窄，接枝后添加劑的相對分子量分布相對均勻，增強(qiáng)效果應(yīng)優(yōu)于陽離子淀粉和窄分子量聚丙烯酰胺單獨(dú)使用，而且，接枝后得到的添加劑可直接使用，無需添加硫酸鋁，降低了生產(chǎn)工序和生產(chǎn)成本。將淀粉溶解后，加入丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化銨進(jìn)行接枝共聚，得到乳液型改性淀粉增強(qiáng)劑。當(dāng)使用干漿時，紙張的絕對強(qiáng)度可增加20%-1%。由于支鏈的分子鏈主要是柔性鏈，抗撕裂性可提高3%以上。

6。結(jié)束語

聚丙烯酰胺是一種非常有效的造紙干強(qiáng)劑，具有用量少、操作方便、效果明顯等優(yōu)點。它不僅可以提高紙張的強(qiáng)度，而且具有良好的助留助濾效果，可以降低t紙漿料的消耗和成本。由于我國造紙原料中草占很大比例，迫切需要開發(fā)性能更好的漿內(nèi)干強(qiáng)度劑。因此，有必要充分利用各種干強(qiáng)劑的優(yōu)勢，開發(fā)適合我國造紙生產(chǎn)的高效、低成本、穩(wěn)定的干強(qiáng)劑，尤其是草漿和廢紙原料。用于聚丙烯酰胺和其他增強(qiáng)劑

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