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星形聚合物的合成及其在造纸湿部中的应用

赵颜凤  
【摘要】: 近年来,随着造纸湿部抄造体系已由酸性转变为中、碱性体系,纸张中加填量增加而定量降低,白水系统封闭循环程度日益提高,以及纤维回用比例加大,要求所采用的助留助滤剂不但要保证纸料较高的留着率、较好的滤水性能及较好的成纸匀度,还要有抵抗高剪切的能力。星形聚合物作为超支化聚合物的一种,表面官能度高,与相同分子量的线性聚合物相比,具有本体和溶液粘度低、流体动力学半径较小等特点。有望成为一种新型多功能造纸助剂,在日趋复杂的造纸湿部发挥良好的作用。 论文通过分子设计采用“先核后臂”法合成了一种多臂星形聚合物,并系统研究了其在造纸湿部中的应用效果。 首先采用端氨基的整代树枝状聚酰胺-胺大分子(PAMAM)与丙烯酰氯(AC)反应,合成的端基为多个双键的新型多功能树枝状大单体(PAMAM-AC)。研究表明,其最适宜的合成条件为:N’N二甲基甲酰胺(DMF)作溶剂,三乙胺作缚酸剂,反应物配比(PAMAM:AC)为1:1.5,先低温(-5~5℃)反应一段时间,然后于室温下继续反应,反应时间6 h。并通过红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征。 然后,以PAMAM-AC为核,S2O82--HSO3-为氧化还原引发体系,在水溶液中引发丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)进行自由基共聚,制备了星形结构的阳离子聚丙烯酰胺(S-CPAM)。并对共聚产物进行了红外谱图分析。研究了自由基聚合反应体系和聚合工艺条件对目标产物质量的影响,得出S-CPAM的最佳合成工艺条件为:单体总浓度15%(对总溶液的质量比,其中AM: DAC为7: 1),引发剂浓度0.3%(对总单体浓度的质量比,其中氧化剂与还原剂之比为2:1),反应温度40℃,反应时间4 h。 研究了不同条件下S-CPAM对漂白废新闻纸浆的助留助滤作用及对填料滑石粉的絮聚机理。结果表明,S-CPAM主要是以桥联机理引发浆料间的絮聚。 相对分子质量及阳电荷密度对S-CPAM的作用效果有很大影响。相对分子质量越高,S-CPAM的助留助滤作用越好。随着阳电荷密度的提高,S-CPAM的助留助滤作用增强,但当阳电荷密度超过2.12 meq?g-1时,其助留助滤作用效果增加的幅度不大。随着S-CPAM用量的增加,浆料的Zeta电位(负值)逐渐降低,纸料的留着率和滤水性能明显改善。随着作用时间的延长及系统中剪切作用的增强,纸料的留着率和滤水性能均呈降低的趋势。但S-CPAM具有一定的抗剪切能力。随着浆料体系pH值的升高,纸料的留着率和滤水性能均呈降低的趋势。但S-CPAM在中、碱性体系中仍表现出较好的助留助滤效果。 S-CPAM与膨润土组成微粒助留助滤体系,可以进一步提高纸料的留着率,具有更好的助滤效果,并对剪切作用具有更好的抵抗能力。同时较好地改善了纸页纤维间的结合,不但提高了成纸的相对匀度指数,而且进一步保证了纸页的强度性能。


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