聚丙烯酰胺在造紙干強劑中的應用

在造紙工業中，干強度增強劑是提高紙張強度的重要化學品。從真正意義上講，干強度增強劑的使用和開發始于20世紀50年代初，標志著聚丙烯酰胺的成功工業化。聚丙烯酰胺是一種性能優良、環境友好的高分子聚合物。被稱為“標準造紙添加劑”，在各國造紙工業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，可合成分子量為數千至數千萬的聚合物。低分子量的部分進入纖維孔隙，沒有紙張增強作用；分子量過大，凝集過大，導致紙張組織不均勻，紙張增強效果差。紙張干強劑的適宜分子量為200000-500000。根據離子基團的不同，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

干強劑種類繁多，對其增強機理存在不同看法。目前主要集中在以下幾個方面：

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

（2）干強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，從而提高干強度。

（3）干強劑可以提高細纖維的截留率和紙張的濾水性，從而提高濕紙的固結度。

聚丙烯酰胺中酰胺基1的氫容易與纖維中的羥基結合，從而增強氧鍵的結合作用，提高紙張的強度。

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展歷史最長，技術最成熟。它具有成本低、表面活性好、應用廣泛等優點。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劑體系控制。結果表明，當分子量較低時，有利于提高拉伸強度；當分子量較高時，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。通過改變反應條件，得到了不同分子量的聚內酰胺。結果表明，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%，耐破指數增加了69.4%。分子量為16萬的陰離子聚丙烯酰胺對撕裂強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60年代就有報道。到目前為止，它的研究和應用已經非常普遍。首先，通過自由基聚合制備陽離子聚內酰胺，然后與甲醛和二甲胺反應得到含有陽離子側基的氨基甲基聚丙烯酰胺。在聚丙烯酰胺的胺甲基化反應中，甲醛與二甲胺按1:1.2（物質量）的比例混合生成二甲胺甲醇，然后與pam反應生成陽離子聚丙烯酰胺。其優點是游離甲醛含量少（0.5%），產品穩定期長。在marmich改性聚丙烯酰胺的過程中，采用單因素優化法確定了一步進料方式等最佳反應條件。結果表明，一步反應的效果優于兩步反應。

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，該產品穩定性好，價格低廉。這是一種未來值得大力開發的產品。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，與丙烯酰胺反應制備的陽離子聚丙烯酰胺能顯著提高紙張的干強度。采用乳液聚合法合成了一系列使用方便、穩定、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劑。因此，當添加量為1.0%（絕對干漿）時，紙張的拉伸指數、撕裂指數和破裂指數分別比空白樣品提高28.4%、41.5%和24.2%。以過硫酸銨為引發劑，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺和陽離子單體進行乳液共聚，制備了季銨型陽離子干強劑。當使用11.0%（絕對干漿）時，紙張的環壓指數提高了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，通過過硫酸鉀引發乳液共聚制備了造紙用干燥增強劑。這種乳液對紙張有顯著的增強作用。
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。討論了引發劑、聚合單體濃度、陽離子單體含量等因素對聚合反應的影響，并結合其對提高瓦楞原紙環壓強度的作用，對影響聚合反應的因素進行了優化，結果表明，當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壓增強劑；當使用低分子量陽離子聚丙烯酰胺作為環壓增強劑時，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中的干強劑，由于其鏈中既含有正電荷又含有負電荷，已成為國內外研究的熱點。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”和更廣泛的ph應用。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、引發劑用量、反應時間和反應溫度對ampam乳液性能的影響及其對造紙的增強作用。結果表明，合成的ampam乳液具有良好的補強效果。當添加量為0.3%時，造紙的環壓指數、斷裂長度和破裂指數分別提高了20.3%、24.6%和30.3%。同時，ampam乳液增強劑固體含量高，降低了包裝和運輸成本。將丙烯腈（an）添加到dmc/am/aa中。考慮到拉伸指數和環壓指數，干強劑分子中的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大的分子間作用力，增強效果明顯；但是，當用量過大時，干強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合程度。這導致拉伸指數和環壓指數降低。就耐折性而言，當an的用量增加時，干強劑分子上的極性基團越多，組分硬度越大，耐折性越小。以丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸和促進劑mpa為原料，合成了兩性聚丙烯酰胺紙用干強劑。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-亞硫酸氫鈉為引發劑，采用水溶液聚合法合成了一種穩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，紙張的拉伸指數可以提高30%以上，耐破指數可以提高20%以上，耐折性可以提高70%以上，撕裂指數不能提高。

5。新型交聯或接枝聚丙烯酰胺

隨著原材料和造紙環境的顯著變化，陽離子聚丙烯酰胺也得到了改善。國內外開發的新型支化或交聯聚丙烯酰胺的應用效果優于傳統的合成高分子干強劑。例如，丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺通過引發劑聚合得到交聯共聚物，然后通過曼尼希反應得到陽離子聚合物，可以用作紙張干強度劑。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。合成產物為陽離子，用作干強度劑。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）。研究了反應條件對接枝效率、接枝率和單體轉化率的影響。通過正交實驗優化了反應條件。結果表明，淀粉接枝聚丙烯酰胺在用量、拉伸強度和斷裂長度方面均優于聚丙烯酰胺；然而，聚丙烯酰胺的抗撕裂和抗折疊效果優于淀粉接枝聚丙烯酰胺。通過對聚丙烯酰胺的優化，窄分子量陰離子聚丙烯酰胺的相對分子質量控制在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，增強效果應優于陽離子淀粉和窄分子量聚丙烯酰胺單獨使用，而且，接枝后得到的添加劑可直接使用，無需添加硫酸鋁，降低了生產工序和生產成本。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行接枝共聚，得到乳液型改性淀粉增強劑。當使用干漿時，紙張的絕對強度可增加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。結束語

聚丙烯酰胺是一種非常有效的造紙干強劑，具有用量少、操作方便、效果明顯等優點。它不僅可以提高紙張的強度，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，迫切需要開發性能更好的漿內干強度劑。因此，有必要充分利用各種干強劑的優勢，開發適合我國造紙生產的高效、低成本、穩定的干強劑，尤其是草漿和廢紙原料。用于聚丙烯酰胺和其他增強劑

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