造紙助劑干強劑-聚丙烯酰胺廠家的應(yīng)用

    干強劑是造紙工業(yè)中增加紙張強度的一類重要化學(xué)品，真正意義上使用和開發(fā)增干強劑是從20世紀(jì)50年代初開始的，以聚丙烯酰胺成功工業(yè)化為標(biāo)志。聚丙烯酰胺是一類性能優(yōu)良且環(huán)境友好型的高分子聚合物，已被稱為“標(biāo)準(zhǔn)造紙助劑”，在各國造紙工業(yè)中所占的比例越來月中。

    聚丙烯酰胺是由它的單體聚合得到的水溶性聚合物，可以合成分子量幾千至幾千萬的聚合物。分子量低的部分進入纖維細孔，沒有紙張增強劑的效果；分子量過大，凝集作用大，導(dǎo)致紙張的組織不勻，紙張的增強效果也不好。作為紙張干強劑的適當(dāng)分子量為20萬-50萬。根據(jù)離子基團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.紙張干強劑的作用機理

    干強劑的種類繁多，關(guān)于其增強機理眾說紛紜，目前主要集中在以下幾個方面：

    （1）纖維間氫鍵結(jié)合和靜電吸附時干強度產(chǎn)生的主要原因，特別時氫鍵集合點多，結(jié)合力強（鍵能82kj/mol），加入干強劑后能加強氫鍵結(jié)合。一些分子中含有各種活性基，可以和纖維上的羥基產(chǎn)生強的分子間相互作用及氫鍵結(jié)合。

    （2）干強劑也是纖維的高效分散劑，能使紙漿中的纖維分布更均勻，可以改善紙頁成形，提供更加均勻的纖維間的結(jié)合，使纖維間及纖維與高分子之間結(jié)合點增加，從而提高干強度。

    （3）干強劑能夠提高細小纖維留著和紙頁濾水，從而改善濕紙頁的固結(jié)。

    由于聚丙烯酰胺屮酰胺基1:的氫易與纖維中的羥基結(jié)合，加強了氧鍵的結(jié)合作用，使紙張的強度增加。

    2.陰離子聚丙烯酰胺

    在各類型聚丙烯酰胺中，陰離子聚丙烯酰胺的發(fā)展歷史長、技術(shù)為成熟，其具有成本低、優(yōu)異的表面活性、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點。其方法是通過丙烯酰胺和丙烯酸共聚、在聚合物鏈上引入離子化的羧基，另外還可以通過聚丙烯酰胺的部分酸胺基在堿性條件下水解而得到。

    通過新型引發(fā)體系，控制陰離子聚丙烯酰酰的分子量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分子量偏低時，有利于增加抗張強度；分子量偏高時，有利于增加耐破和耐折度。就陰離子聚丙烯酰胺的合成進行了研究，改變反應(yīng)條件獲得了不同分子量的聚內(nèi)烯酰胺。結(jié)果發(fā)現(xiàn)合成的分子量為25.5萬的陰離子聚丙烯酰胺使紙張的裂斷長提高27%，耐破指數(shù)提高69.4%。分子量在16萬的陰離子聚丙烯酰胺對撕裂度和耐折度的影響比較大，分別提高了92%和13.8%。

造紙助劑干強劑-聚丙烯酰胺廠家的應(yīng)用

    3.陽離子聚丙烯酰胺

    早在20世紀(jì)60年代就有陽離子聚丙烯酰胺的合成報道，至今其研究和應(yīng)用已非常普遍。初的陽離子聚內(nèi)烯酰胺是由自由基聚合制備非離子聚丙烯酰胺，然后與甲醛及二通過Marmich反應(yīng)得到胺甲基聚丙烯酰胺，它含有一種陽離子側(cè)基。聚丙烯酰胺的胺甲基化反應(yīng)按1:1.2(物質(zhì)的量)之比使甲醛與二甲混合后生成二甲基甲醇，然后與PAM反應(yīng)生成陽離子聚丙烯酰胺，其優(yōu)點是游離甲醛少（0.5%），產(chǎn)品穩(wěn)定期長。在對聚丙烯酰胺進行Marmich改性過程中，通過單因素優(yōu)化法確定了一步法投料方式等反應(yīng)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一步法反應(yīng)效果比兩步法具有更大的*性。

    目前采用甲基丙烯酰氧乙基*基氯化銨 (DMC)、丙烯酰氧乙基*基氯化銨(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銨(DMDAAC)等廉價的陽離子單體與丙烯酰胺共聚能獲得良好增強效果的聚合物。這類產(chǎn)品相對于陽離子改性法制備的聚丙烯酰胺穩(wěn)定性好，價格低廉，是今后值得大力發(fā)展的一類產(chǎn)品。有美國將二甲基二烯丙基氯化銨(DADMAC)和甲基丙烯酰氧乙基*基氯化按(DMC)共作陽離子單體與丙烯酰胺反應(yīng)制得的陽離子聚丙烯酰胺可明顯提高紙張的干強度。采用乳液聚合的方法合成了一系列使用方便、穩(wěn)定性好、適用于酸、中、堿性抄造系統(tǒng)的陽離子PAM乳液型干強劑。因此，當(dāng)添加量為1.0 %(對絕干漿）時，成紙抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)分別較空白樣增加了28.4%、41.5%和24.2%。采用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和陽離子單體在引發(fā)劑過硫酸銨的引發(fā)下進行乳液共聚制備出了四元陽離子干強劑，用11.0%(對絕干漿)時可使紙張環(huán)壓指數(shù)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、丙烯酸丁酯為原料，在過硫酸鉀引發(fā)下，通過乳液共聚反應(yīng)制得一種造紙用增干強劑，該乳液對紙張的增強*。

    以甲基丙烯酰氧乙基*基氯化銨(DMC)和丙烯酰胺(AM)為單體，又進行了低分子量陽離子聚丙烯酰胺的水溶液共聚合成，對影響聚合的因素，如引發(fā)劑、聚合單休濃度、陽離子單體的含量作了探討，并結(jié)合其對瓦楞原紙的環(huán)壓強度的增強效果進行了各因素的優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陽離子聚丙烯酰胺的分子量為40萬左右時適合于作瓦愣原紙的環(huán)壓強度增強劑；低分子量陽離子聚丙烯酰胺用作環(huán)壓強度增強劑時，合適的用量是0.4%-0.6%。

    4.兩性聚丙烯酰胺

    兩性聚丙烯酰胺由于其鏈上同時含有正負(fù)兩中電荷基團，與僅含有一種電荷的陽離子或陰離子聚丙烯酰胺相比，具有更明顯的“反聚電介質(zhì)效應(yīng)”和PH實用范圍廣等特點，在造紙工業(yè)中作為干強劑成為國內(nèi)外研究的熱點。研究了核殼乳液聚合法合成兩性聚丙烯酰胺乳液造紙增強劑，同時研究了反應(yīng)單體配體、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度等對AmPAM乳液性能及對成紙增強效果的影響，發(fā)現(xiàn)合成的AmPAM乳液具有良好的增強作用，當(dāng)添加量為0.3%時，成紙環(huán)壓指數(shù)、裂斷長和耐破指數(shù)分別提高20.3%、24.6%和30.3%。同時該AmPAM乳液型增強劑固含量高，減少了包裝和運輸費用。在DMC/AM/AA的基礎(chǔ)上又加了丙烯腈（AN）。從抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)兩方面考慮，干強劑分子中AN的含量越多，聚合物極性越大，分子剛性越大，同時可以與紙纖維形成較強的分子間力，增強效果明顯；但用量過大時，干強劑分子中陽離子基團和陰離子基團的含量相對下降，會降低其與纖維的結(jié)合程度。從而引起抗張指數(shù)和環(huán)壓指數(shù)的下降。從耐折度考慮，由于增加AN的用量時，干強劑分子上的極性基團越多，分剛性越大，耐折度就越小。以丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸和促進劑MPA為原料合成兩性聚丙烯酰胺紙用干強劑，具有優(yōu)良的增強效果，成紙挺度可提高18%-20%，斷鏈長可提高20%-25%，耐折度可提高60%-90%，成紙各項指標(biāo)均高于其它廠家。

    以丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧基乙基*基氯化按(DMC)為單體，以過硫酸鉀一亞硫酸氫鈉為引發(fā)劑，采用水溶液聚合的方法合成了穩(wěn)定的助劑陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)，以闊葉木漿為漿枓，助劑用量為 0.2%-0.4%，漿料的pH值為7，打漿度為35°SR，抄造定量為60g/m2的紙張，可使紙張的抗張指數(shù)增加30%以上，耐破指數(shù)增加20%以上，耐折度增加70%以上，撕裂指數(shù)提高不大。

    5.新型交聯(lián)或接枝型聚丙烯酰胺

    隨著目前原料、抄紙環(huán)境的顯著變化，陽離子聚丙烯酰胺也有了種種改進。國內(nèi)外開發(fā)出的新型支化或交聯(lián)型聚丙烯酰胺使用效果優(yōu)于傳統(tǒng)的合成聚合物干強劑。如丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺經(jīng)引發(fā)劑引發(fā)聚合得到交聯(lián)型共聚物，再經(jīng)Mannich反應(yīng)得到陽離子聚合物可作為紙張干強劑使用。以芭蕉芋淀粉為原料合成了芭蕉芋淀粉磷酸酷，然后將淀粉磷酸酷與丙烯酰胺進行接枝共聚，將合成產(chǎn)物陽離子化后作為干強劑使用，取得了理想的效果。以玉米淀粉、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)化率的影響規(guī)律，用正交實驗優(yōu)化了反應(yīng)條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在定量、抗拉強度和裂斷長方面，淀粉接枝聚丙烯酰胺的效果優(yōu)于聚丙烯酰胺的；但在撕裂度和耐折度方面，聚丙烯酰胺的效果優(yōu)于淀粉接枝聚丙烯酰胺的。通過對聚丙烯酰胺的優(yōu)化，將窄分子量陰離子聚丙烯酰胺的相對分子質(zhì)量控制在30-50萬之間，然后與陽離子淀粉進行接枝，由于窄分子量聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量分布范圍較窄，因此接枝后助劑相對分子質(zhì)量分布較均勻，增強效果應(yīng)優(yōu)于陽離子淀粉及窄分子量聚丙烯酰胺單獨使用，而且接枝后所得的助劑可直接使用，不需再加入硫酸鋁，減少了生產(chǎn)程序，降低了生產(chǎn)成本。將淀粉溶解后，加入丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酰胺及二甲基二烯丙基氯化銨進行接枝共聚，即可得到乳液型改性淀粉增干強劑，用0.6%-1.0% (對絕干漿）時可使紙的干強度增加20%以上，由于接枝的分子鏈主要是柔性鏈，使耐撕裂度提高3%以上。

    6.結(jié)束語

    聚丙烯酰胺是一種非常有效的造紙用干強劑，具有用量低、操作方便、效果明顯等優(yōu)點。不僅能夠提高紙張強度，而且還有很好的助留助濾效果，可降低t紙漿料消耗及成本。由于我國造紙原料中草類所占比例較大，急需開發(fā)性能更好的漿內(nèi)干強劑。所以，充分利用各類干強劑的優(yōu)勢，研制開發(fā)適用于我國造紙生產(chǎn)尤其是草類和廢紙原料的高效價廉、性能穩(wěn)定的干強劑十分必要。對于聚丙烯酰胺與其它增強劑的共用研究是近來國內(nèi)外發(fā)展的重要趨勢，這方面仍需要更進一步的深入研究。