反相微乳液制备两性聚丙烯酰胺造纸助留助滤剂的研究

杨开吉  

【摘要】： 两性聚丙烯酰胺由于其链节上同时含有正、负两种电荷基团，具有明显的“反聚电解质效应”和pH值适用范围广等优良特点，使其在造纸工业、石油开采、环境保护等方面有望得到广泛应用。但其常用制备方法都具有相应的缺点，如水溶液聚合制备的产品易交联，而反相乳液聚合制备的产品分子量分布宽等缺点。为了改善其使用性能，本研究采用反相微乳液聚合法制备了新型两性聚丙烯酰胺助留助滤剂。 通过电导和目视相结合的方法研究了二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)／丙烯酰胺(AM)／丙烯酸(AA)反相微乳液聚合体系的制备，得出环己烷为最佳油相、Span80-Tween60为最佳乳化体系、最佳单体浓度为55％、最佳单体配比为1.5∶7∶1.5、最小乳化剂用量为17.65％、油相和乳化剂的比值范围为3∶7～7∶3、单体溶液用量不大于33.33％(基于水相)。研究了单体浓度、单体配比、HLB值和电解质对反相微乳液体系稳定性的影响，结果表明，当单体浓度在40％～65％、HLB值在5.36～8.54变化时，反相微乳液体系比较稳定；单体配比中丙烯酰胺所占比例越大，体系越稳定；电解质NaAc的加入增强了DADMAC／AM／AA反相微乳液体系的稳定性。 采用单因素实验探讨了EDTA加入量、充氮时间、搅拌速度、乳化剂用量、引发剂用量、单体浓度、反应温度和反应时间对两性聚丙烯酰胺(PDAA)分子量、转化率、乳液稳定性及其对纸料的助留助滤性能的影响。然后通过正交实验探讨了由单因素实验得到4个对反相微乳液影响较大的因素(反应温度、引发剂用量、反应时间和单体浓度)对PDAA的分子量、转化率和乳液稳定性及其对纸料的助留助滤性能的影响；由单因素实验和正交实验得到了制备PDAA的最优条件为：EDTA加入量0.5％、充氮时间为20min、搅拌速度为300r／min、乳化剂用量为18％(基于乳液质量)、引发剂用量为0.4％(基于单体)、单体浓度为54％(基于水相)、反应温度为24℃和反应时间为3h。通过研究pH值对PDAA产品的分子量、转化率、乳液的稳定性和对纸料的助留助滤性能的影响，得到pH值为7.12时，PDAA具有最理想的助留助滤性能。采用红外光谱和紫外光谱对PDAA结构进行了表征。 采用电导法和目视法绘制了复配乳化剂、单体溶液、环己烷的三元相图，从稳定的反相微乳液区域选择动力学研究范围；通过动力学研究，得到聚合反应的表观活化能为9.84kJ／mol；探讨了反应温度、单体浓度、乳化剂用量和引发剂用量对聚合反应速率和PDAA分子量的影响，得到了聚合速率和分子量的动力学关系式分别为Rp~∝[M]~(1.05)[E]~(0.21)[I]~(0.35)和M_V∝[M]~(1.18)[E]~(-1.16)[I]~(-0.24)。通过扫描电镜观察了PDAA反相微乳液粒子形貌与PDDA水溶液粒子的形貌。 研究了分子量、阳离子单体含量、纸料pH值和纸浆种类对PDAA助留助滤性能的影响；结果显示，当PDAA分子量为300万、阳离子单体含量为25％、纸浆pH值为8、纸浆种类为稻草浆时，PDAA具有最理想的助留助滤性能。另外，还探讨了PDAA与CPAM、CS、CHPG、PAE、PEO的协同作用。结果表明，PDAA和CPAM、CS、CHPG具有十分显著的协同助留助滤作用，与PAE具有一定的协同作用；而与PEO的协同助留助滤作用不明显。 本研究采用反相微乳液聚合法制备的PDAA两性聚合物具有粒径小、分子量较大、分子量分布窄等优异性能，是一种理想的造纸助留助滤剂，对减少细小纤维流失、降低纸张生产成本和提高造纸企业的竞争力具有重要意义。

【关键词】：反相微乳液 两性聚丙烯酰胺 造纸 助留助滤剂
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TS727
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2007.187843
【目录】：

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