聚丙烯酰胺在造纸中的应用

来源： admin 发布时间：2021-01-05 16:35

聚丙烯酰胺在造纸中的运用

聚丙烯酰胺（PAM）是水溶性高分子化合物，主链上有生动的酰胺基和双键，釆用不同的聚合工艺，引进不同的官能团，可获得不同相对分子质量和不同电荷密度的PAM系列产品，是化学性质非常生动、运用较广泛的多功用高分子化合物。早在20世纪50时代，PAM就现已作为纸张干增强剂运用于造纸工业，现在已许多用作干强剂、助留剂、助滤剂、废水处理剂和纤维松懈剂等，是运用较广泛的造纸化学品之一。

PAM是丙烯酰胺（AM）均聚或与其他单体共聚而制得。根据不同的电性，PAM产品可相应地划分为非离子型（NPAM）、阴离子型（APAM）、阳离子型（CPAM）和两性型（AmPAM）等。

图1为PAM系列产品的分子结构。

非离子型聚丙烯酰胺（NPAM）

NPAM易溶于水，相对分子质量对水溶性影响不太明显，但相对分子质量高的PAM质量分数跨越10%时，在水中构成通明凝胶而失掉流动性。在碱性介质中PAM易水解，发生部分羧基。

阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）

一般在PAM分子结构中导入羧基，获得APAM。因为纸浆纤维呈负电性，因而，在运用APAM时要参加硫酸铝等阳离子促进剂。APAM在Al³⁺的作用下与纤维上的负离子以配位键办法吸附在纤维上发生增强、助留等作用。

阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）

CPAM的阳离子可与纤维上的阴离子构成离子键，酰胺基与纤维上的羟基构成氢键，获得增强、助留和助滤等作用。它比APAM有愈加宽广的pH适用范围。

两性聚丙烯酰胺（AmPAM）

AmPAM比CPAM更能有效地行进纸页的强度、填料藏着率和纸机的滤水，然后行进纸机车速，大大减轻白水处理负荷。当今造纸工业正从酸性抄纸向中性、碱性抄纸的改动，AmPAM将成为往后开发的一大抢手。

图2为AmPAM的结构和与纤维的结合办法。

PAM与淀粉、壳聚糖等天然高分子接枝共聚物也是近几年开发研讨的抢手，运用作用超卓，专用性很强。

PAM在造纸中的首要运用

1、干增强剂

PAM是优异的纸张增强剂。在日本，废纸造纸份额恰当高，PAM在再生纸中获得了广泛运用。近年来，日本播磨化成、荒川和星光PMC等公司纷纷在我国建厂，推广PAM在再生纸中的运用。尤其是我院的科技作用产业化基地——杭州杭化播磨造纸化学品有限公司经过引进日本播磨化成的技能，并消化、吸收、立异开宣布PAM干强剂，其产品已在玖龙纸业、理文纸业和景兴纸业等大中型纸厂获得运用，并获得了超卓的作用。PAM还能行进纸张的湿纸页强度和湿强度，一般的湿强剂有脲醛树脂、三聚氰胺树脂和PAE等。

作为增强剂的PAM，相对分子质量一般为10万-100万。

图1介绍的各种PAM都能够用于纸和纸板的增强，其间：

①APAM

APAM因为含有阴离子基团，能够经过Al³⁺等阳离子化学品与纤维构成配位键结合，抵达增强作用。用量一般为1-4.5kg/t（纸浆）。APAM还能够与阳离子淀粉、聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAE）树脂等协作运用，能够明显下降添加本钱，行进增强作用。

②CPAM

CPAM因为本身带有阳离子基团，能够直接与纤维构成配位键，一般不需求依赖于Al³⁺等阳离子化学品。用量一般为1-5kg/t（纸浆）。

③AmPAM

AmPAM分子中既含有阳离子基团，又含有阴离子基团，能补偿APAM和CPAM的缺乏，调度系统中的电荷平衡，避免抄造系统的过电荷现象，其增强作用优于APAM和CPAM。

④淀粉接枝PAM

改性淀粉是天然高分子，PAM是组成高分子。改性淀粉因为价廉物美而广为造纸企业所运用，但其增强作用略逊于PAM。经过淀粉接枝PAM，不只能下降添加本钱，还能行进运用作用，近年来展开较快。PAM接枝阳离子淀粉或与乙二醛交联后也能够作为湿强剂。

2、助留、助滤剂

PAM具有相对分子质量大、分子链上反应活性点多等特征，能与纤维、填料等快速结合，显著行进助留、助滤等作用，改善网部纸浆的滤水功用和纤细纤维及填料的藏着率。当在纸浆中添加后，纸浆中的纤维及填料会很快发生絮聚现象，纸浆中的纤细纤维和填料附着到较长纤维的外表上并构成体积较大的絮凝体，然后使纸浆易于脱水，一起行进纤细纤维及填料的藏着率。助留、助滤往往是一起发生的运用作用。

①CPAM一元助留系统

高相对分子质量、低电荷密度的CPAM是造纸中常用的助留剂之一，因为其所带电荷与纤维电荷相反，能够起到很好的絮凝作用。能够运用CPAM对带负电性的填料外表进行阳离子化，添加填料颗粒与纸浆纤维和纤细纤维的吸附，然后行进填料的单程藏着率，加速滤水，节省能耗，削减白水中的填料含量，行进纸页的滑润度和不通明度。但独自运用作助留剂时，简略发生匀度变差、强度下降等缺陷。

②二元助留、助滤系统

该系统能在行进助留、助滤功用的条件下，改善纸张匀度和强度。APAM需求先在造纸湿部系统中参加铝盐等阳离子助剂才华起到助留助滤作用。但该系统的缺陷是仅适用于酸性造纸。APAM与阳离子淀粉的配套运用能够在中碱性条件下运用，并获得比二者别离独自运用时更好的作用。

③AmPAM

该产品同一分子中既含有阳离子基团又含有阴离子基团。阴、阳离子基团能在纸浆中发生协同效应，使系统电荷平衡，不只能保持纸机系统超卓的作业功用，而且具有较好的助留、助滤作用。缺陷是价格较贵，并要根据纸浆的实际情况调整阴、阳离子份额，开发专用性强的产品。

④其他助留助滤系列产品

有资料标明：聚糖分子链中的每个葡萄糖单元中都有1个氨基，在酸性条件下都有很强的正电荷，与APAM的交联物也具有两性功用，具有优异的助留、助滤作用；聚氧乙烯接枝PAM助留系统、淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物助留系统的作用都优于一般PAM，PAM与聚氧乙烯接枝共聚物作为助留剂，对纸页成形匀度的影响小，低用量即可获得高助留率。经过阳离子淀粉、硅溶胶或膨润土等复配运用能起到比独自运用更好的作用，其缺陷是运用技能与工艺较为杂乱。

3、中性施胶配套助剂

中性抄纸因为具有改善纸张功用、削减污水排放、削减能耗、削减增白剂用量、下降造纸本钱和行进纸机作业功用等利益，深受造纸作业的注重和欢迎，被誉为“新式造纸技能”。我国自20世纪80时代中期以来中性抄纸已先后在铜版原纸、照相原纸、水松原纸甚至一般文明用纸等纸种上广泛运用。我国造纸已由酸性迈向中性抄造时代。

所谓中性抄纸技能，就是在中性或碱性条件下的造纸技能。

所用的首要造纸湿部化学品有：

①中性施胶剂

中性施胶剂包含AKD、ASA以及一些定着型（又称阳离子型）施胶剂。中性施胶剂能完全代替传统的松香-明矾酸性施胶系统，有效地行进纸张的抗水性。

②助留剂

助留剂首要为PAM和特别规范的阳离子淀粉组成的双元助留系统。该系统能有效地将不太简略藏着在纤维上的中性施胶剂藏着到纤维上，并使其充分发挥施胶作用。

③增效剂

增效剂如PPE树脂等。

④碳酸钙

首要用重质碳酸钙，不只能够下降本钱，还能够行进白度、滑润度等物理功用。

⑤增白剂

国内大多釆用的增白剂为荧光增白剂。

⑥其他化学助剂

其他化学助剂，如防腐剂、消泡剂等。

增白剂为强阴离子型，需求靠近打浆机添加，添加量约为质量分数0.08%；填料一般选用重质碳酸钙，添加量一般为质量分数20%；中性施胶专用变性淀粉HR系列（我院作用产业化基地——杭州纸友科技的产品）添加量一般为质量分数1.5%-2.5%；AKD用量一般为质量分数0.2%-0.3%（绝干）；PAM为阴离子型，相对分子质量约为500万，添加量为HR用量的2%。关于不同的纸机条件、施胶要求和草浆含量较高的纸种，上述工艺还需进行恰当的调整。

4、纤维松懈剂

PAM可作为纤维松懈剂，削减纤维絮凝，改善纸料成形，行进纸页的均匀性和柔软性。作为松懈剂的PAM，其相对分子质量不低于700万，水解度为20%-30%，其水溶液稳定性好，一般不受加热和高剪切力的影响。白水能够循环运用。APAM相关于聚氧化乙烯（PEO）松懈剂，参加量略多但价格便宜，特别适用于抄造日子用纸。相对分子质量为1800万的APAM，适用于长纤维纸，用量为质量分数0.5%-0.2%（绝干浆），纤维松懈作用明显。

5、废水处理剂

我国造纸工业废水污染严峻，排放的COD总量约占全国工业废水COD排放总量的1/3，为了减轻造纸工业废水污染，我国政府已命令关停了大批污染严峻的中小型纸厂，尤其是小型的草浆厂大多已关停。另一方面废纸造纸的份额逐年上升，现在己占纸浆份额的60%以上。

因为PAM具有明显的絮凝作用，在造纸废水管理中获得了越来越广泛的运用。化学处理废水的污泥脱水一般选用APAM和NPAM作为助滤剂；生化处理废水的活性污泥选用CPAM和NPAM；AmPAM的适用范围更广。APAM一般以水解度20%为宜，PAM絮凝剂具有参加量少，沉积速率快，絮凝作用好等利益。

PAM在废水处理中一般和无机絮凝剂混合运用，常用的阳离子高分子无机絮凝剂有：聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合磷酸铁、聚合硫酸铁和聚合氯化铁等；阴离子型有活化硅酸、聚合硅酸等；无机复合型的有聚合氯化铝铁、聚硅酸硫酸铁、聚合硅酸氯化铁、聚合硅酸铝铁和聚合磷酸铝铁等。PAM与无机絮凝剂复配运用，不只能下降水处理本钱，还行进了处理作用。如：CPAM和AmPAM与无机絮凝剂复配处理废纸脱墨废水，CPAM电荷密度（30%-35%）相对分子质量不是很高，AmPAM相对分子质量约为1000万，当有机絮凝剂的用量为0.75mg/，无机絮凝剂的用量为100mg/L时，具有较好的运用作用。当超相对分子质量叔胺型CPAM和APAM与无机絮凝剂聚合氯化铝复配处理箱板纸出产的废水时，具有较志趣的处理作用，APAM絮凝剂和聚合氯化铝的用量不变时，CODcr去除率和浊度去除率跟着CPAM相对分子质量的添加而添加。相对分子质量2900万的CPAM在用量为0.5mg/L和聚合氯化铝用量为100mg/L时处理作用较志趣。CPAM和PAE复合可获得高效复合化工剂。

6、外表施胶剂

APAM也可用作外表施胶，首要用来代替部分淀粉以削减淀粉发生的生化耗氧量。APAM作为外表施胶时，用量不高于1%质量分数，纸页中要求含有硫酸铝，也能够在胶液中参加一些硫酸铝。APAM具有超卓的成膜功用，能行进纸张的外表强度，然后赋予纸页对印刷油墨的持着才华。

造纸工业的飞速展开，需求咱们不断地加速造纸用PAM系列产品的开发，不断行进产品的质量，加强运用技能及机理的研讨，竭力增强国际竞争力，缩短与发达国家的距离，以适应我国造纸作业的展开需求。