聚丙烯酰胺在造紙行業(yè)中的應(yīng)用

1、聚丙烯酰胺 在造紙行業(yè)中的應(yīng)用 聚丙烯酰胺簡(jiǎn)介：聚丙烯酰胺是一種線型高分子化合物， 它是丙烯酰胺均聚或 與其它單體共聚而成的含量線型水溶性分子化學(xué)品的總稱， 也是水溶 性高分子化合物中應(yīng)用最為廣泛的品種之一。 由于結(jié)構(gòu)單元中含有酰 胺基，易形成氫鍵，使其具有良好的水溶性。主要有陽(yáng)離子聚丙烯酰 胺CPAM、陰離子聚丙烯酰胺 APAM、非離子聚丙烯酰胺和兩性聚 丙烯酰胺。聚丙烯酰胺在造紙工業(yè)中的應(yīng)用量十分廣泛可以說貫穿了造 紙工藝的始終：1 、由于聚丙烯酰胺帶有負(fù)電荷，可以用作紙漿分散劑，2、PAM 相對(duì)分子質(zhì)量較低，能有效地改善紙張的均勻度;3、 平均相對(duì)分子質(zhì)量為（萬(wàn)50100萬(wàn)）的PAM可用

2、作 增強(qiáng)劑;4、 中等相對(duì)分子質(zhì)量萬(wàn)0 400萬(wàn)）的PAM通常用作紙 機(jī)濕部的助留助濾劑;5、 而相對(duì)分子質(zhì)量高（萬(wàn)70的PAM則多用作造紙廢水 處理中的絮凝劑及長(zhǎng)纖維漿料紙張的懸浮劑。6 、在使用廢紙?jiān)旒垥r(shí)， 為了保持良好的成紙抗張強(qiáng)度、 等性能，滿足現(xiàn)代輪轉(zhuǎn)印刷的需要，可使用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（簡(jiǎn)稱CPAM） 紙張?jiān)鰪?qiáng)劑， 其分子長(zhǎng)度提供了良好吸附性能及與氯鍵結(jié)合 的位置，使纖維間的結(jié)合增強(qiáng)，具有增強(qiáng)、助留、助濾等多種功能， 尤其是使撕裂指數(shù)提高， 可有效地提高紙的強(qiáng)調(diào)； 用作分散劑， 可改 善紙頁(yè)的勻度。具體來說，聚丙烯酰胺在造紙生產(chǎn)中主要有以下幾種作用：1、助留助濾作用： 聚丙烯酰胺通過

3、架橋絮凝作用可以顯著提高抄紙過程中纖細(xì) 物和填料的留著率， 加快紙料在紙機(jī)網(wǎng)部的濾水性。 在微粒絮凝系統(tǒng) 中，加入 CPAM 形成大的絮團(tuán)，在剪切力的作用下，分散成小的絮 團(tuán)，然后加入陽(yáng)離子微料膠體硅， 能與小絮團(tuán)反應(yīng)合成密集的更易脫 水的細(xì)小絮凝系統(tǒng)，以達(dá)到較高的留著率，良好的均勻及濾水性能， 改善紙頁(yè)的成形和產(chǎn)品質(zhì)量。2、增強(qiáng)作用： 紙張?jiān)鰪?qiáng)的方法有兩種 : 內(nèi)用紙張?jiān)鰪?qiáng)劑和施膠壓榨的表面 紙張?jiān)鰪?qiáng)劑。內(nèi)用紙張?jiān)鰪?qiáng)劑又有紙張干增強(qiáng)劑和紙張濕增強(qiáng)劑兩大 類。經(jīng)過霍夫曼分子重排制成了含氨基甲?；乃苄躁?yáng)離子聚丙烯 酰胺，不但有良好的助留助濾作用， 還能提高紙張撕裂指數(shù)，用作干 增強(qiáng)劑，可以有

4、效地提高紙張的強(qiáng)度。 它的作用機(jī)理主要是陽(yáng)離子聚 丙烯酰胺的酰胺基和纖維的羥基在纖維之間形成氫鍵結(jié)合， 增強(qiáng)了纖 維之間的結(jié)合力， 從而達(dá)到增加紙頁(yè)強(qiáng)度的目的。 陽(yáng)離子乙二醛酸性 聚丙烯酰胺可用作濕強(qiáng)劑， 使紙頁(yè)具有一定的濕強(qiáng)度， 以抵抗水的破 壞。3、分散、絮凝及其他：用作分散劑的主要是相對(duì)分子質(zhì)量低的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺， 能有效改善紙頁(yè)的均勻度。 兩性 PAM 在造紙工業(yè)中是一種很好的絮 凝劑，其特有的能有跟多物質(zhì)系統(tǒng)形成氫鍵的酰胺基能將分散在水中 的微粒吸附在一起凝聚成團(tuán)狀絮團(tuán)，以促進(jìn)微粒的沉降和過濾。 兩性聚丙烯酰胺在造紙中的應(yīng)用：兩性聚丙烯酰胺 AMPAM 的研究起步比較晚， 近幾年來

5、才出 現(xiàn)較優(yōu)良的新型品種。 兩性聚丙烯酰胺兼有陽(yáng)離子聚丙烯酰胺及陰離 子聚丙烯酰胺的某些特點(diǎn)， 在高 AlO2(SO4)3 用量或硬水中能輕易地 捕捉紙料中的陽(yáng)離子雜質(zhì)。兩性 PAM 與其它的無(wú)機(jī)絮凝劑相比，具 有品種齊全、生產(chǎn)中用量少、沉降速度快、生成濃渣少，后處理簡(jiǎn)單 等優(yōu)點(diǎn)，可滿足不同廢水處理的使用要求。在兩性聚丙烯酰胺的一個(gè)分子鏈上有不同的電荷分布在不同 的鏈節(jié)上。分子中含有可通過硫酸鋁固著的陰離子和對(duì)紙漿纖維有自 固性的陽(yáng)離子兩種基團(tuán)。 與僅含有一種電荷的水溶性陽(yáng)離子或陰離子 聚丙烯酰胺(PAM)相比，AMP不僅兼具兩者綜合性能，更具有明顯的“反聚電解質(zhì)效應(yīng)”和 pH 值適用范圍廣等

6、特點(diǎn)，能適應(yīng)高封 閉白水循環(huán)系統(tǒng)的造紙抄造條件。 兩性離子聚丙烯酰胺在造紙生產(chǎn)中的作用有： 1 、調(diào)節(jié)電荷平衡：AMPAM 分子中既含有陽(yáng)離子基團(tuán)，又含有陰離子基團(tuán)，能 彌補(bǔ) APAM 和 CPAM 的不足，陰、陽(yáng)離子基團(tuán)能在紙漿中產(chǎn)生協(xié)同 效應(yīng)，調(diào)節(jié)體系中的電荷平衡，防止抄造系統(tǒng)的過電荷現(xiàn)象，不僅能 維持紙機(jī)系統(tǒng)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能， 而且具有較好的助留、助濾效果。其 增強(qiáng)效果優(yōu)于APAM和CPAM。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，并要根據(jù)紙漿的 實(shí)際情況調(diào)整陰、陽(yáng)離子比例，開發(fā)專用性強(qiáng)的產(chǎn)品。 2、用作增強(qiáng)劑：成紙的強(qiáng)度特別是干強(qiáng)度的影響因素很多，主要有：?jiǎn)胃w維強(qiáng)度、 內(nèi)部纖維結(jié)合強(qiáng)度、 內(nèi)部纖維鍵合數(shù)量和纖

7、維分布狀況。其 中，單根纖維強(qiáng)度和內(nèi)部纖維結(jié)合強(qiáng)度受纖維原料和打漿工藝的影響較大，而后兩者主要受濕部化學(xué)添加劑的影響較大。 造紙?jiān)龈蓮?qiáng)劑也主要是通過影響后兩種因素來改善紙頁(yè)強(qiáng)度的作為AMPAM劑的增強(qiáng)機(jī)理是，在抄紙過程中加入 AMPAM,由于其大分子中既 含有季銨陽(yáng)離子基， 又含有羧基， 其季銨陽(yáng)離子基可以與帶負(fù)電荷的 纖維形成離子鍵，羧基可與硫酸鋁中 Al3+ 配位絡(luò)合，同時(shí)絡(luò)合的 Al3+ 又可與纖維形成配位鍵，增加了纖維間的作用力，因此，也就 提高了紙的裂斷長(zhǎng)和耐破度等紙頁(yè)強(qiáng)度。3、用于高封閉抄紙系統(tǒng)：隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日趨關(guān)注，造紙廠的排水標(biāo)準(zhǔn)越來越 高，因此抄造環(huán)境發(fā)生了很大的變化

8、，廢紙配用量增加， 而且其質(zhì)量 呈下降趨勢(shì)； 工業(yè)用水成本上升， 而對(duì)工廠排放廢水的污染負(fù)荷要求 降低的幅度又很大， 使提高系統(tǒng)封閉化程度， 增加水的循環(huán)利用成為必然。這導(dǎo)致了抄紙條件的惡化，使電導(dǎo)率提高， 使抄紙過程中使用 的增強(qiáng)劑等化學(xué)品很難充分發(fā)揮效果。 因此，開發(fā)系統(tǒng)高封閉條件下 能充分發(fā)揮效果的增強(qiáng)劑成為迫切需要。就很MP地解決了這方面的問題。AMPAV電化學(xué)角度解決了上述問題，它的作用原理如下：(1) 兩性助劑的陰離子基團(tuán)有助于清除體系中干擾助劑對(duì)纖 維吸附的陽(yáng)離子；(2) 兩性助劑的陰離子基團(tuán)能對(duì)陽(yáng)離子基團(tuán)起保護(hù)作用，電性 排斥那些在體系中存在的高活性 “雜陰離子”， 從而使助劑

9、中的陽(yáng)離 子基團(tuán)不會(huì)發(fā)生過早的反應(yīng)或被中和掉；(3) 纖維通常帶負(fù)電，因而易吸附陽(yáng)離子助劑，但也易于吸附 其他帶正電的物質(zhì)， 這樣就削弱了對(duì)陽(yáng)離子助劑的吸附， 而兩性助劑 中的陰離子基團(tuán)能優(yōu)先吸附體系中的陽(yáng)離子；(4) 兩性助劑電荷基本平衡，那些未被留著的助劑隨白水排出 后再循環(huán)使用時(shí)， 不會(huì)失去電荷平衡， 從而可保證紙機(jī)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)；(5) 在中性或堿性抄紙中，離子電荷的平衡敏感度很大，體系 較容易出現(xiàn)過陽(yáng)離子化， 造成濕部失控， 而使用兩性助劑可以使體系 得到控制。因此， AMPAM比陽(yáng)離子PAM和陰離子PAM更能有效地 提高紙頁(yè)的強(qiáng)度、 填料的留著率和紙機(jī)的濾水性， 從而提高了紙機(jī)車

10、速，大大減少了白水負(fù)荷，適應(yīng)了高封閉循環(huán)系統(tǒng)的造紙操作系統(tǒng)。 因此開發(fā)一種新的性能良好的 AMPAM 非常必要。 陽(yáng)離子聚丙烯酰胺在造紙中的應(yīng)用：相對(duì)分子質(zhì)量、低電荷密度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺是造紙中最 常用的助留劑之一， 由于其所帶電荷與纖維電荷相反， 可以起到很好 的絮凝作用?？梢岳?CPAM 對(duì)帶負(fù)電性的填料表面進(jìn)行陽(yáng)離子化， 增加填料顆粒與紙漿纖維和細(xì)小纖維的吸附， 從而提高填料的單程留 著率，加快濾水，節(jié)約能耗，減少白水中的填料含量，提高紙頁(yè)的平 滑度和不透明度。 但單獨(dú)使用作助留劑時(shí)， 容易產(chǎn)生勻度變差、 強(qiáng)度 下降等缺點(diǎn)。在造紙過程中，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺 (CPAM) 是一種助留助濾

11、 劑，用量少，效果顯著，其使用量近年來一直在大幅度上升。用陽(yáng)離 子單體和丙烯酰胺共聚可以制備的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺 (CPAM) ，與改 性制備陽(yáng)離子聚相比具有制備方法簡(jiǎn)單， 且避免了改性所用的胺類和 醛類等毒性單體使用的特點(diǎn)。陽(yáng)離子型的聚丙烯酰胺適用于廣泛的 pH 值范圍，可用于酸性施膠和中性施膠的抄紙系統(tǒng)。 陰離子聚丙烯酰胺的應(yīng)用：陰離子聚丙烯酰胺 (APAM) 是一種常用的造紙助不劑同，分子 質(zhì)量的 APAM 用途不同，分子質(zhì)量較大的用作絮凝劑，分子質(zhì)量較 小的用作分散劑， 能減緩纖維的絮聚和沉降， 并使纖維均勻分布在水 中，大大改善了上網(wǎng)漿料的勻度，從而可以在較低的打漿度、較長(zhǎng)的 纖維下抄

12、造較薄的高質(zhì)量紙張。目前使用較多的造紙分散 APAM，因其性能與價(jià)格因素， 是較為普通使用的一種纖維分散性， 而用于紙 張?jiān)鰪?qiáng)劑的 APAM 分子質(zhì)量介與絮凝劑與分散劑之間?？梢岳?CPAM 對(duì)帶負(fù)電性的填料表面進(jìn)行陽(yáng)離子化， 增加 填料顆粒與紙漿纖維和細(xì)小纖維的吸附，從而提高填料的單程留著 率，加快濾水，節(jié)約能耗，減少白水中的填料含量，提高紙頁(yè)的平滑 度和不透明度。 但單獨(dú)使用作助留劑時(shí)，容易產(chǎn)生勻度變差、強(qiáng)度下 降等缺點(diǎn)。液中加入一些硫酸鋁。具有良好的成膜性能，能提高紙張的表面強(qiáng)度，從而賦予紙頁(yè)對(duì)印刷油墨的持著能力。 造紙用聚丙烯酰胺使用注意事項(xiàng)：1、聚丙烯酰胺 PAM 在混合箱中的加入量是根據(jù)需要分散的 程度來確定，一般是連續(xù)加入，用量基本在 0.1%0.3%左右，2、在混合漿倉(cāng)中的加入量為 0.1%0.2%左右，加入方式一般是間歇式加入，并且最好在倒料前hin時(shí)加入，以避免過長(zhǎng)時(shí)間的攪拌 , 而降低其分散效果。3、 攪拌溶解時(shí)間不易過長(zhǎng)，一般攪拌時(shí)間在5h左右為宜 , 否則會(huì)破壞其分散效果。4、 應(yīng)現(xiàn)使用現(xiàn)溶解, 因?yàn)榫郾０返乃芤簳?huì)24在 48h 內(nèi)自動(dòng)水解 , 失去粘性 , 而最終失去分散作用。因?yàn)榫郾０?PAM 在溶解時(shí)不可能 100%全部溶解 , 一定