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聚丙烯酰胺在造纸中的应用

摘要
聚丙烯酰胺( Polyarylamide，简称PAM) 是一种线型高分子化合物，结构上可分为阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺和两性聚丙烯酰胺。作为造纸助剂聚丙烯酰胺可用作助留助滤剂、增强剂、分散剂及絮凝剂等。由于结构单元中含有酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性。它易通过接枝或交联得到与链或网状结构的多种改性物。
关键词 聚丙烯酰胺 阳离子聚丙烯酰胺 助留助滤剂 增强剂
Abstract
Polyacrylamide is a linear polymer, the structure can be divided into anionic polyacrylamide, cationic polyacrylamide and amphoteric polyacrylamide. Polyacrylamide as paper additives used as retention and drainage aids, reinforcing agents, dispersing agents and flocculants. As the structural units containing an amide group, easy to form hydrogen bonds, it has a good water solubility. It can be easily obtained by grafting or crosslinking chain or network structure with various modifications thereof.
Key word Polyacrylamide Cationic polyacrylamide Retention and drainage aids Enhancer
聚丙烯酰胺( Polyarylamide，简称PAM) 是一种线型高分子化合物，它是丙烯酰胺均聚或与其它单体共聚而成的含量线型水溶性分子化学品的总称，也是水溶性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。由于结构单元中含有酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性。它易通过接枝或交联得到与链或网状结构的多种改性物。它作为一类重要的絮凝剂、增稠剂、泥浆处理剂、土壤改良剂，水土保湿剂、种子包衣剂、表面活性剂，纸张增强剂广泛用于石油开采、水处理、纺织、造纸、选矿、医药、农业等行业，有“百业助剂”之称。
聚丙烯酰胺( PAM) 在造纸工业中有着广泛的用途，由于PAM 带的负电荷，就可以用作纸浆分散剂，PAM 相对分子质量较低，能有效地改善纸张的均匀度; 平均相对分子质量为50 万～ 100 万的PAM 可用作增强剂; 中等相对分子质量( 200 万～ 400 万) 的PAM 通常用作纸机湿部的助留助滤剂; 而相对分子质量高( 〉700 万) 的PAM 则多用作造纸废水处理中
的絮凝剂及长纤维浆料纸张的悬浮剂。
在使用废纸造纸时，为了保持良好的成纸抗张强度、等性能，满足现代轮转印刷的需要，可使用阳离子聚丙烯酰胺（简称CPAM）纸张增强剂，其分子长度提供了良好吸附性能及与氯键结合的位置，使纤维间的结合增强，具有增强、助留、助滤等多种功能，尤其是使撕裂指数提高，可有效地提高纸的强调；用作分散剂，可改善纸页的匀度。
1 聚丙烯酰胺的机理与特点
聚丙烯酰胺是一种无色、无腐蚀性的黏稠胶体聚合物，是多功能线型高分子化合物。PAM 易吸水，吸水速度随衍生物离子特性的增加而增加。在长期受热的状况下，PAM 能够分解，聚合的酰胺基在无氧条件下于210 度时脱水转变成腈基，PAM 能溶于水，当pH 值在6.0 ～ 7.0 时，在水溶液中带负电荷。PAM 还能溶于乙酸、丙酸、乙二醇等有机溶剂。在造纸生产中，PAM 一般以水溶液或粉末状的形式供应，使用前经过高剪力清水溶解，稀释成质量分数为1% ～ 2%的溶液，然后根据生产的需要进一步稀释到更低的浓度加入到浆料中。
1． 1 阴离子聚丙烯酰胺的机理与特点
阴离子聚丙烯酰胺( APAM) 是一种常用的造纸助剂，不同分子质量的APAM 用途不同，分子质量较大的用作絮凝剂分子质量较小的用作分散剂，能减缓纤维的絮聚和沉降，并使纤维均匀分布在水中，大大改善了上网浆料的匀度，从而可以在较低的打浆度、较长的纤维下抄造较薄的高质量纸张。目前使用较多的造纸分散APAM，因其性能与价格因素，是较
为普通使用的一种纤维分散性，而用于纸张增强剂的APAM 分子质量介与絮凝剂与分散剂之间。
1． 2 阳离子聚丙烯酰胺的性质与特点
在造纸过程中，阳离子聚丙烯酰胺( CPAM) 是一种助留助滤剂，用量少，效果显著，其使用量近年来一直在大幅度上升。用阳离子单体和丙烯酰胺共聚可以制备的阳离子聚丙烯酰胺( CPAM) ，与改性制备阳离子聚相比具有制备方法简单，且避免了改性所用的胺类和醛类等毒性单体使用的特点。阳离子型的聚丙烯酰胺适用于广泛的pH 值范围，可用于酸性施胶
和中性施胶的抄纸系统。
1． 3 两性聚丙烯酰胺的发展与特点
两性PAM 的研究起步比较晚，近几年来才出现较优良的新型品种。两性PAM 兼有CPAM 及APAM的某些特点，在高AlO2( SO4)3用量或硬水中能轻易地捕捉纸料中的阳离子杂质。两性PAM 与其它的无机絮凝剂相比，具有品种齐全、生产中用量少、沉降速度快、生成浓渣少，后处理简单等优点，可满足不同废水处理的使用要求。
2 聚丙烯酰胺的作用机理
APAM 是一种线性有机高聚物，其水溶液呈胶体状，有一定的黏度。其主要作用机理为: 使浆水的黏度增高，相当于在纤维表面附着了一层薄薄的润滑膜，起到了水溶性润滑剂的作用，使纤维相互滑过而不致缠结; 悬浮液黏度的增加也增加了纤维在介质中的悬浮性，延长纤维沉降的时间; 浆液黏度的增加大大限制了纤维在水中的运动自由度，使纤维不相互接触，减少了纤维间的絮聚，改善了纤维成形交织的能力。根据作用机理及在使用过程中的摸索，APAM 水溶液的黏度是影响其使用性能的重要因素，一般范围内黏度越高分散效果越好。影响溶液黏度主要原因有的分子量越大，水溶液黏度越高; 浓度越大，黏度越大; 制备过程中搅拌速度及搅拌时间，叶片形状对溶液的黏度均有影响; 水溶液的贮存时间、生产厂家不同产品性能不同。离子型聚丙烯酰胺增加剂现在大部分为共聚的方法合成。
3 聚丙烯酰胺的应用
3． 1 助留助滤作用
世界造纸工业正在迅猛发展，纸机车速也在不断地提高，这使得纸机湿部的助留助滤技术变得越来越重要。PAM 通过架桥絮凝作用可以显著提高抄纸过程中纤细物和填料的留着率，加快纸料在纸机网部的滤水性。在微粒絮凝系统中，加入CPAM 形成大的絮团，在剪切力的作用下，分散成小的絮团，然后加入阳离子微料胶体硅，能与小絮团反应合成密集的更易脱水的细小絮凝系统，以达到较高的留着率，良好的均匀及滤水性能，改善纸页的成形和产品质量。
3． 2 增强作用
张增强的方法有两种: 内用纸张增强剂和施胶压榨的表面纸张增强剂。内用纸张增强剂又有纸张干增强剂和纸张湿增强剂两大类。经过霍夫曼分子重排制成了含氨基甲酰基的水溶性阳离子聚丙烯酰胺，不但有良好的助留助滤作用，还能提高纸张撕裂指数，用作干增强剂，可以有效地提高纸张的强度。它的作用机理主要是阳离子聚丙烯酰胺的酰胺基和纤维的羟基在纤维之间形成氢键结合，增强了纤维之间的结合力，从而达到增加纸页强度的目的。阳离子乙二醛酸性聚丙烯酰胺可用作湿强剂，使纸页具有一定的湿强度，以抵抗水的破坏。
3． 3 分散、絮凝及其他
用作分散剂的主要是相对分子质量低的阳离子聚丙烯酰胺，能有效改善纸页的均匀度。两性PAM在造纸工业中是一种很好的絮凝剂，其特有的能有跟多物质系统形成氢键的酰胺基能将分散在水中的微粒吸附在一起凝聚成团状絮团，以促进微粒的沉降和过滤。
将丙烯酰胺溶液加入改性剂、次氯酸钠和碱制成的阳离子PAM主要用作纸张增强剂。用PAM型增强剂制造耐热耐水纸。例如用脂肪酸施胶剂0.5份，PAM型纸张增强剂0.2份，硫酸铝1.0份和环氧增强剂0.7份配伍后加入化学浆中造纸，使纸在200C水中浸1h后，撕裂强度仍达183g，印刷性能良好。
将丙烯酰胺、丙烯酸及丙烯酸羟乙脂与漾离子木薯淀粉接枝的共聚物添加入加拿大标准打浆560ml的纸浆中，再加入Al2（SO4）3，抄出定量为74.2g/m2的纸，其裂断长为8950m，中间层强度为148g，撕裂因子为135。
在车速800m/min,上网浓度0.6%,成纸灰分为20%时,使用PAM助留剂可以达到80%的首程留着率和50%的灰分首程留着率。
在微粒絮凝系统中，首先加入CPAM形成大的絮团，在剪切力作用下，分散成小絮团，然后加入阴性微粒胶体硅，能与小絮团反应，结合成更密集的、更易脱水的细小絮凝系统，可以达到更高的留着率、良好的匀度和滤水性能。
使用阳离子PAM作为助留剂，保留率为98%，在机浆中的木素及细小纤维与阳离子PAM优于阴离子，表现出强的助留作用，使用松香胶、明胶，填料钛白粉等对PAM进行改性，可以作为湿部添加剂。
用PAM改善纸浆脱水性能。在抄造过程中，先后用明矾、离子型PAM和阳离子淀粉来改善助留效果和脱水性能。在印刷涂料原纸中使用PAM助留剂能提高填料和细小纤维保留率，加快脱水速度，可沉淀污水，减少污染，因此对加强环境保护和提高经济效益具有重要意义。
两性PAM是一种高效絮凝剂，特别适用于难以处理的废水。在纸浆中加入0.25%-0.5%的PAM,能使纸浆沉降速度增加60倍,白水中固体含量降低60%,纸浆灰分增加,白土等颜料存留率提高10%-15%,并大大地降低白水的浊度,悬浮物降至50mg/1以下。
4 结语
综上所述，PAM 在造纸工业得到较为广泛的应用，在理论研究方面，我国研究较少，而国外较多，也取得了可喜的成绩。因此，我们应加大对PAM 在造纸中应用的研究，找出更多适合我国造纸原料的PAM助剂，总之，随着聚丙烯酰胺多功能化的完善和发展，必将呈现其诱人的发展景。
参考文献
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