聚丙烯酰胺是造紙工業(yè)中應(yīng)用較早、較廣泛的造紙助劑之一,聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中的應(yīng)用,現(xiàn)已被稱為標(biāo)準(zhǔn)的造紙助劑。它是水溶性高分子化合物,因其雙鍵及酰胺基的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,可進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng),由于制備時(shí)的原料及反應(yīng)條件的不同,可制得不同分子量和不同功能的聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品。按聚合度大小分為高分子量PAM、中分子量PAM及低分子量PAM;在用途上可作為助留劑、增強(qiáng)劑、助濾劑和分散劑等。
一、聚丙烯酰胺的種類及其性質(zhì)
1、非離子型聚丙烯酰胺(NPAM)
非離子型聚丙烯酰胺無(wú)色、無(wú)腐蝕性、較易溶于水,分子質(zhì)量高且濃度大時(shí)會(huì)在水中形成凝膠,稀釋可增加其流動(dòng)性,提高溫度可促進(jìn)溶解,但受熱時(shí)間長(zhǎng)或溫度超過(guò)60℃易降解,在水溶液中(PH值6.0-7.0)帶負(fù)電荷。此外,PAM能溶于乙酸、丙酸、乙二醇等有機(jī)溶劑。PAM一般以粉末狀或水溶液形式供應(yīng)給造紙生產(chǎn)企業(yè),生產(chǎn)再根據(jù)需要溶解或進(jìn)一步稀釋到更低的濃度加到漿料當(dāng)中。
2、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)
用陽(yáng)離子單體和丙烯酰胺共聚可以制備陽(yáng)離子聚丙烯酰胺,因陽(yáng)離子聚丙烯酰胺所帶電荷與纖維所帶電荷相反,可起到很好的絮凝作用,陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺的PH值適用范圍比較廣,因此,對(duì)酸性或中堿性抄紙都適用。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺可單獨(dú)使用,但為了解決單獨(dú)使用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺產(chǎn)生的勻度變差,強(qiáng)度變差等問(wèn)題,采用了二元組合系統(tǒng)。如使用結(jié)構(gòu)二氧化硅與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺組成二元助留助濾系統(tǒng),利用高分子質(zhì)量的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺對(duì)纖維進(jìn)行橋聯(lián)絮聚,形成的絮聚體經(jīng)由適當(dāng)剪切力破壞后會(huì)使絮聚體表面暴露更多鏈段,這時(shí)加入的高負(fù)電荷高比表面積的二氧化硅與這些鏈段發(fā)生作用,將每小段的鏈段聚集到纖維上,使得絮聚體結(jié)構(gòu)更加致密,從而提高紙漿的留著率。
3、陰離子聚丙烯酰胺(APAM)
陰離子聚丙烯酰胺是通過(guò)在聚合物中引入羥基,由丙烯酸單體和丙烯酰胺單體共聚而成。在造紙生產(chǎn)中,由于APAM本身帶負(fù)電荷,不能與纖維很好地結(jié)合,因此,一般加入陽(yáng)離子化合物作為促進(jìn)劑,比如加入硫酸鋁,陰離子聚丙烯酰胺在Al3+的作用下與纖維上的負(fù)離子以配位鍵形式吸附在纖維上產(chǎn)生增強(qiáng)效果,結(jié)果同時(shí)帶來(lái)操作上的麻煩,特別是無(wú)法實(shí)現(xiàn)中性造紙技術(shù)。國(guó)外造紙生產(chǎn)中陰離子聚丙烯酰胺的應(yīng)用比例由20世紀(jì)90年代的60%下降到30%,相反,陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺卻由同期的20%躍升到50%以上。
4、兩性聚丙烯酰胺(AmPAM)
兩性聚丙烯酰胺一般采用共聚法制備,即通過(guò)把帶有陽(yáng)離子、陰離子等官能團(tuán)的單體與丙烯酰胺單體在引發(fā)劑的作用下于水溶液中進(jìn)行自由基聚合制得。兩性聚丙烯酰胺既含有陰離子基團(tuán),也含有陽(yáng)離子基團(tuán),因此其兼有APAM和CPAM的特點(diǎn),并且其增強(qiáng)作用和助留助濾作用優(yōu)于APAM和CPAM。在造紙生產(chǎn)中,兩性聚丙烯酰胺中的陰離子基團(tuán)能優(yōu)先吸附體系中的陽(yáng)離子垃圾,從而清除體系中干擾物對(duì)纖維的吸附。同時(shí),兩性聚丙烯酰胺中的陰離子基團(tuán)會(huì)排斥在體系中的陰離子干擾物,使得陽(yáng)離子基團(tuán)不過(guò)早反應(yīng)從而更好地吸附纖維。AmPAM還可以彌補(bǔ)CPAM和APAM的不足,既調(diào)節(jié)系統(tǒng)陰、陽(yáng)電荷的電子平衡、還可防止抄造系統(tǒng)白水循環(huán)利用時(shí)可能發(fā)生的電荷逆轉(zhuǎn)問(wèn)題。
二、聚丙烯酰胺在造紙中的應(yīng)用
1、助留助濾劑
用作造紙助留助濾劑的通常是聚丙烯酰胺的改性產(chǎn)品,包括陰離子聚丙烯酰胺(APAM),陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)和兩性聚丙烯酰胺(AmPAM),相對(duì)分子質(zhì)量在200萬(wàn)-400萬(wàn)之間。
APAM一般和其他陽(yáng)離子化合物構(gòu)成復(fù)合體系而起到較強(qiáng)的助留作用,例如和硫酸鋁組合,能使APAM和纖維、細(xì)小纖維、填料等緊密結(jié)合,從而很大提高了細(xì)小纖維和填料的留著率。
CPAM在造紙中是較常用的助留劑之一,一般使用高分子質(zhì)量、低電荷密度的產(chǎn)品。其所帶電荷與纖維所帶電荷相反,可單獨(dú)使用,也可與膨潤(rùn)土、陰離子等組合使用,在紙料中以橋聯(lián)機(jī)理引起紙料絮聚,并可以使紙張的填料保留率提高,促使網(wǎng)下白水濃度降低。CPAM與帶負(fù)電荷的膨潤(rùn)土組成微粒助留助濾體系使用時(shí),因加入CPAM形成的紙料的絮聚體尺寸較大,再經(jīng)過(guò)沖漿泵等裝置后受到高剪切力作用,絮聚體被碎解成小碎塊,而這時(shí)加入負(fù)電荷的膨潤(rùn)土?xí)⑿∷閴K重新橋聯(lián)起來(lái),并且形成了比CPAM初所形成的絮聚體更小的絮塊。從而提高了紙料的留著率,也相對(duì)改善了成紙的勻度和濾水性能。
AmPAM作為助留助濾劑使用時(shí),陰離子基團(tuán)排斥紙漿當(dāng)中的陰離子垃圾,陽(yáng)離子基團(tuán)則與纖維、細(xì)小纖維等結(jié)合。從而很好地提高了細(xì)小纖維的留著率。
2、增強(qiáng)劑
CPAM用作增強(qiáng)劑,通過(guò)陽(yáng)離子與纖維上的陰離子形成離子鍵,可使其吸附到紙漿纖維上,而酰胺基與纖維上的羥基結(jié)合形成氫鍵,增強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力,從何使紙張強(qiáng)度增加。采用APAM加松香加硫酸鋁添加順序,用于紙漿中也可以獲得較好的增強(qiáng)效果,但APAM的增強(qiáng)效果會(huì)隨填料用量的增加而下降。
AmPAM在造紙工業(yè)中也常用作紙張干強(qiáng)劑,與陽(yáng)離子聚丙烯酰胺類增強(qiáng)劑相比,其效果更好,能有效地提高紙張強(qiáng)度。有研究表明,兩性聚丙烯酰胺類增干強(qiáng)劑對(duì)于廢紙漿抄紙有更好的增強(qiáng)效果。
3、分散劑、絮凝劑
造紙工業(yè)中聚丙烯酰胺類分散劑主要是相對(duì)分子量低的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺,由于其分子鏈中含有羧基,對(duì)帶負(fù)電的纖維有分散效果,能提高紙漿黏度,有利于纖維懸浮,并能有效改善紙頁(yè)的均勻性,是一種長(zhǎng)纖維的**分散劑。而用作造紙工業(yè)水處理的絮凝劑的則是兩性聚丙烯酰胺,其酰胺基可與廢水當(dāng)中的許多物質(zhì)親和形成氫鍵,因而可以將分散在水中的微粒吸附在一起凝聚成團(tuán),從而促進(jìn)微粒的沉降和過(guò)濾。兩性聚丙烯酰胺與其它的無(wú)機(jī)絮凝劑相比,具有品種齊全、生產(chǎn)中用量少、沉降速度快、生產(chǎn)泥渣少,后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),可滿足不同廢水處理的使用要求。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)領(lǐng)域也扮演著重要的角色。可用作紙張均度劑、增強(qiáng)劑、分散劑、助濾劑等,它的作用是可以改善紙的均勻度,有效提高紙張質(zhì)量和強(qiáng)度,還可以提高填料及細(xì)小纖維的留著率,減少原材料的流失量,提高過(guò)濾回收效率及減少對(duì)環(huán)境的污染。
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