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造纸聚丙烯酰胺在造纸行业应用分析

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发表于 2019-9-16 05:57:04 |显示全部楼层
  造纸聚丙烯酰胺在造纸行业中被用作助留剂、助滤剂、均度剂等。造纸用聚丙烯酰胺的作用能提高纸张的强度,提高浆料脱水性能,提高纤维及填料的留着率,减少原料的损耗以及对环境的污染。
  在造纸中使用的效果取决于聚丙烯酰胺的平均分子量、离子性质、离子强度及其它共聚物的特性。非离子型造纸用聚丙烯酰胺主要用于提高纸浆的滤性,增加干纸的纸张强度,提高纸质纤维及填料的留着率;阴离子型造纸用聚丙烯酰胺主要用作纸张的干湿增强剂和驻留剂;阳离子型造纸用聚丙烯酰胺主要用于造纸废水处理和助滤作用,另外造纸用专用聚丙烯酰胺对于提高填料的留着率也有较好的效果。此外,造纸专用聚丙烯酰胺还应用于造纸废水处理中。
  干强剂是造纸工业中增加纸张强度的一类重要化学品,真正意义上使用和开发增干强剂是从20世纪50年代初开始的,以聚丙烯酰胺成功工业化为标志。聚丙烯酰胺是一类性能优良且环境友好型的高分子聚合物,已被称为“标准造纸助剂”,在各国造纸工业中所占的比例越来月中。
  聚丙烯酰胺是由它的单体聚合得到的水溶性聚合物,可以合成分子量几千至几千万的聚合物。分子量低的部分进入纤维细孔,没有纸张增强剂的效果;分子量过大,凝集作用大,导致纸张的组织不匀,纸张的增强效果也不好。作为纸张干强剂的适当分子量为20万-50万。根据离子基团的不同可分为阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和两性聚丙烯酰胺(AmPAM)。
  (1)纤维间氢键结合和静电吸附时干强度产生的主要原因,特别时氢键集合点多,结合力强(键能82kj/mol),加入干强剂后能加强氢键结合。一些分子中含有各种活性基,可以和纤维上的羟基产生强的分子间相互作用及氢键结合。
  (2)干强剂也是纤维的高效分散剂,能使纸浆中的纤维分布更均匀,可以改善纸页成形,提供更加均匀的纤维间的结合,使纤维间及纤维与高分子之间结合点增加,从而提高干强度。
  由于聚丙烯酰胺屮酰胺基1:的氢易与纤维中的羟基结合,加强了氧键的结合作用,使纸张的强度增加。
  在各类型聚丙烯酰胺中,阴离子聚丙烯酰胺的发展历史最长、技术最为成熟,其具有成本低、优异的表面活性、应用广泛的优点。其方法是通过丙烯酰胺和丙烯酸共聚、在聚合物链上引入离子化的羧基,另外还可以通过聚丙烯酰胺的部分酸胺基在碱性条件下水解而得到。
  通过新型引发体系,控制阴离子聚丙烯酰酰的分子量,结果发现,分子量偏低时,有利于增加抗张强度;分子量偏高时,有利于增加耐破和耐折度。就阴离子聚丙烯酰胺的合成进行了研究,改变反应条件获得了不同分子量的聚内烯酰胺。结果发现合成的分子量为25.5万的阴离子聚丙烯酰胺使纸张的裂断长提高27%,耐破指数提高69.4%。分子量在16万的阴离子聚丙烯酰胺对撕裂度和耐折度的影响比较大,分别提高了92%和13.8%。
  早在20世纪60年代就有阳离子聚丙烯酰胺的合成报道,至今其研究和应用已非常普遍。最初的阳离子聚内烯酰胺是由自由基聚合制备非离子聚丙烯酰胺,然后与甲醛及二甲胺通过Marmich反应得到胺甲基聚丙烯酰胺,它含有一种阳离子侧基。聚丙烯酰胺的胺甲基化反应按1:1.2(物质的量)之比使甲醛与二甲胺混合后生成二甲胺基甲醇,然后与PAM反应生成阳离子聚丙烯酰胺,其优点是游离甲醛少(0.5%),产品稳定期长。在对聚丙烯酰胺进行Marmich改性过程中,通过单因素优化法确定了一步法投料方式等最佳反应条件,结果发现一步法反应效果比两步法具有更大的优越性。
  目前采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵 (DMC)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、甲基丙烯酸-2-{N,N-二甲氨基)乙酯(DM)、丙烯酸-2-(N,N-二甲氨基)乙酯(DA)、二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)等廉价的阳离子单体与丙烯酰胺共聚能获得良好增强效果的聚合物。这类产品相对于阳离子改性法制备的聚丙烯酰胺稳定性好,价格低廉,是今后值得大力发展的一类产品。有美国专利将二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化按(DMC)共作阳离子单体与丙烯酰胺反应制得的阳离子聚丙烯酰胺可明显提高纸张的干强度。采用乳液聚合的方法合成了一系列使用方便、稳定性好、适用于酸、中、碱性抄造系统的阳离子PAM乳液型干强剂。因此,当添加量为1.0 %(对绝干浆)时,成纸抗张指数、撕裂指数和耐破指数分别较空白样增加了28.4%、41.5%和24.2%。采用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和阳离子单体在引发剂过硫酸铵的引发下进行乳液共聚制备出了四元阳离子干强剂,用11.0%(对绝干浆)时可使纸张环压指数提高10%以上,挺度提高8%以上而且具有良好的溶解性。以丙烯酰胺、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯为原料,在过硫酸钾引发下,通过乳液共聚反应制得一种造纸用增干强剂,该乳液对纸张的增强效果显著。
  以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺(AM)为单体,又进行了低分子量阳离子聚丙烯酰胺的水溶液共聚合成,对影响聚合的因素,如引发剂、聚合单休浓度、阳离子单体的含量作了探讨,并结合其对瓦楞原纸的环压强度的增强效果进行了各因素的优化,结果发现阳离子聚丙烯酰胺的分子量为40万左右时最适合于作瓦愣原纸的环压强度增强剂;低分子量阳离子聚丙烯酰胺用作环压强度增强剂时,合适的用量是0.4%-0.6%。
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