聚丙烯酰胺及其在造紙工業(yè)中的應用

李志京

【摘 要】聚丙烯酰胺是一種多用途的高分子聚合物，根據(jù)其離子性，具有不同的結合機理，其極性基團可以和紙漿中的纖維形成氫鍵結合和靜電結合，在造紙工業(yè)中可做為助留助濾劑、干強劑、分散劑和絮凝劑等。本文介紹了聚丙烯酰胺的分類及其在造紙工業(yè)中的應用。

【關鍵詞】聚丙烯酰胺；助留助濾劑；增強劑

聚丙烯酰胺（polyacrylamide，簡稱PAM），其相對分子質量范圍一般在1萬～2000萬。產(chǎn)品形態(tài)可分為白色粉末、乳液或無色透明膠體。易溶于水，是目前應用最廣泛的造紙化學品之一。聚丙烯酰胺系列聚合物具有很強的絮聚作用，可在大分子鏈之間架橋，根據(jù)其離子性，具有不同的結合機理。聚丙烯酰胺的極性基團可以和紙漿中的纖維形成氫鍵結合和靜電結合，其分子量和結構不同，性能也會產(chǎn)出不同的變化，在造紙工業(yè)中可做為助留助濾劑、干強劑、分散劑和絮凝劑等。

一、聚丙烯酰胺的種類及其性質

（一） 非離子型聚丙烯酰胺（NPAM）

非離子型聚丙烯酰胺無色、無腐蝕性、極易溶于水，分子質量高且濃度大時會在水中形成凝膠，稀釋可增加其流動性，提高溫度可促進溶解，但受熱時間長或溫度超過60 0C易降解，在水溶液中（PH值6.0-7.0）帶負電荷。此外，PAM能溶于乙酸、丙酸、乙二醇等有機溶劑【1】。PAM一般以粉末狀或水溶液形式供應給造紙生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)再根據(jù)需要溶解或進一步稀釋到更低的濃度加到漿料當中。

（二）陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）

用陽離子單體和丙烯酰胺共聚可以制備陽離子聚丙烯酰胺，因陽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，陽離子型的聚丙烯酰胺的PH值適用范圍比較廣，因此，對酸性或中堿性抄紙都適用。陽離子型的聚丙烯酰胺可單獨使用，但為了解決單獨使用陽離子的聚丙烯酰胺產(chǎn)生的勻度變差，強度變差等問題，采用了二元組合系統(tǒng)。如使用結構二氧化硅與陽離子聚丙烯酰胺組成二元助留助濾系統(tǒng)，利用高分子質量的陽離子聚丙烯酰胺對纖維進行橋聯(lián)絮聚，形成的絮聚體經(jīng)由適當剪切力破壞后會使絮聚體表面暴露更多鏈段，這時加入的高負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，使得絮聚體結構更加致密，從而提高紙漿的留著率。

（三）陰離子聚丙烯酰胺（APAM）

陰離子聚丙烯酰是通過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本身帶負電荷，不能與纖維很好地結合，因此，一般加入陽離子化合物作為促進劑， 【3】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離子以配位鍵形式吸附在纖維上產(chǎn)生增強效果，結果同時帶來操作上的麻煩，特別是無法實現(xiàn)中性造紙技術。國外造紙生產(chǎn)中陰離子聚丙烯酰胺的應用比例由20世紀90年代的60%下降到30%，相反，陽離子型聚丙烯酰胺卻由同期的20%躍升到50%以上。

（四）兩性聚丙烯酰胺（AmPAM）

兩性聚丙烯酰胺一般采用共聚法制備，即通過把帶有陽離子、陰離子等官能團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行自由基聚合制得。兩性聚丙烯酰胺既含有陰離子基團，也含有陽離子基團，因此其兼有APAM和CPAM的特點，并且其增強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能優(yōu)先吸附體系中的陽離子垃圾，從而清楚體系中干擾物對纖維的吸附。同時，兩性聚丙烯酰胺中的陰離子基團會排斥在體系中的陰離子干擾物，使得陽離子基團不過早反應從而更好地吸附纖維。【2】AmPAM還可以彌補CPAM和APAM的不足，既調節(jié)系統(tǒng)陰、陽電荷的電子平衡、還可防止抄造系統(tǒng)白水循環(huán)利用時可能發(fā)生的電荷逆轉問題。

二、聚丙烯酰胺在造紙中的應用

PAM在造紙工業(yè)中有著廣泛的用途，根據(jù)分子量的不同有不同的用途，相對分子質量在1000～10000的PAM 可用作分散劑；相對分子質量為50萬～100萬的PAM可用作增強劑；相對分子質量（200萬～400萬）的PAM可用作助留助濾劑；而相對分子質量>700萬的PAM則多用作造紙廢水處理中的絮凝劑或長纖維漿料紙張的懸浮劑。

（一）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），陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）和兩性聚丙烯酰胺（AmPAM），相對分子質量在200萬～400萬之間。

APAM一般和其他陽離子化合物構成復合體系而起到較強的助留作用，例如和硫酸鋁組合，能使APAM和纖維、細小纖維、填料等緊密結合，從而極大提高了細小纖維和填料的留著率。

CPAM在造紙中是最常用的助留劑之一，一般使用高分子質量、低電荷密度的產(chǎn)品。其所帶電荷與纖維所帶電荷相反，可單獨使用，也可與膨潤土、陰離子等組合使用，在紙料中以橋聯(lián)機理引起紙料絮聚，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與帶負電荷的膨潤土組成微粒助留助濾體系使用時，因加入CPAM形成的紙料的絮聚體尺寸較大，再經(jīng)過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，而這時加入負電荷的膨潤土會將小碎塊重新橋聯(lián)起來，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，也相對改善了成紙的勻度和濾水性能。

AmPAM作為助留助濾劑使用時，陰離子基團排斥紙漿當中的陰離子垃圾，陽離子基團則與纖維、細小纖維等結合。從而很好地提高了細小纖維的留著率。

（二）增強劑

CPAM用作增強劑，通過陽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合形成氫鍵，增強了纖維之間的結合力，從何使紙張強度增加?！?】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效果，但APAM的增強效果會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劑，與陽離子聚丙烯酰胺類增強劑相比，其效果更好，能有效地提高紙張強度。【2】有研究表明，兩性聚丙烯酰胺類增干強劑對于廢紙漿抄紙有更好的增強效果。

（三）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分子量低的陽離子聚丙烯酰胺，由于其分子鏈中含有羧基，對帶負電的纖維有分散效果，能提高紙漿黏度，有利于纖維懸浮，并能有效改善紙頁的均勻性，是一種長纖維的高效分散劑。【1】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中的許多物質親和形成氫鍵，因而可以將分散在水中的微粒吸附在一起凝聚成團，從而促進微粒的沉降和過濾?！?】兩性聚丙烯酰胺與其它的無機絮凝劑相比，具有品種齊全、生產(chǎn)中用量少、沉降速度快、生產(chǎn)泥渣少，后處理簡單等優(yōu)點，可滿足不同廢水處理的使用要求。

三、結語

世界造紙工業(yè)正在迅猛發(fā)展，紙機車速也在不斷地提高，造紙化學品的技術發(fā)展也顯得越來越重要。近年來，對于聚丙烯酰胺類的研究主要是從單一的一元化組分向多組分復合型發(fā)展。隨著研究的不斷深入，一些性能更優(yōu)越的新品種也正逐漸被應用與生產(chǎn)中。總之，聚丙烯酰胺作為一種能在水中溶解形成溶液的高分子，具有性能優(yōu)異、使用方便、有利于環(huán)保等諸多優(yōu)點，已在并將繼續(xù)在造紙工業(yè)中發(fā)揮了重大作用。

參考文獻：

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