聚丙烯酰胺在造纸行业中的应用

聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 在造纸行业中的应用在造纸行业中的应用 聚丙烯酰胺简介：聚丙烯酰胺简介： 聚丙烯酰胺是一种线型高分子化合物， 它是丙烯酰胺均聚或 与其它单体共聚而成的含量线型水溶性分子化学品的总称， 也是水溶 性高分子化合物中应用最为广泛的品种之一。 由于结构单元中含有酰 胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性。主要有阳离子聚丙烯酰 胺 CPAM、阴离子聚丙烯酰胺 APAM、非离子聚丙烯酰胺和两性聚 丙烯酰胺。 聚丙烯酰胺在造纸工业中的应用量十分广泛可以说贯穿了造 纸工艺的始终： 1、由于聚丙烯酰胺带有负电荷，可以用作纸浆分散剂， 2、PAM 相对分子质量较低，能有效地改善纸张的均匀度; 3、平均相对分子质量为（50 万100 万）的 PAM 可用作 增强剂; 4、中等相对分子质量(200 万400 万)的 PAM 通常用作纸 机湿部的助留助滤剂; 5、而相对分子质量高(700 万)的 PAM 则多用作造纸废水 处理中的絮凝剂及长纤维浆料纸张的悬浮剂。 6、在使用废纸造纸时，为了保持良好的成纸抗张强度、等性 能，满足现代轮转印刷的需要，可使用阳离子聚丙烯酰胺（简称 CPAM）纸张增强剂，其分子长度提供了良好吸附性能及与氯键结合 的位置，使纤维间的结合增强，具有增强、助留、助滤等多种功能， 尤其是使撕裂指数提高，可有效地提高纸的强调；用作分散剂，可改 善纸页的匀度。 具体来说，聚丙烯酰胺在造纸生产中主要有以下几种作用： 1、助留助滤作用： 聚丙烯酰胺通过架桥絮凝作用可以显著提高抄纸过程中纤细 物和填料的留着率，加快纸料在纸机网部的滤水性。在微粒絮凝系统 中，加入 CPAM 形成大的絮团，在剪切力的作用下，分散成小的絮 团，然后加入阳离子微料胶体硅，能与小絮团反应合成密集的更易脱 水的细小絮凝系统，以达到较高的留着率，良好的均匀及滤水性能， 改善纸页的成形和产品质量。 2、增强作用： 纸张增强的方法有两种:内用纸张增强剂和施胶压榨的表面 纸张增强剂。 内用纸张增强剂又有纸张干增强剂和纸张湿增强剂两大 类。 经过霍夫曼分子重排制成了含氨基甲酰基的水溶性阳离子聚丙烯 酰胺，不但有良好的助留助滤作用，还能提高纸张撕裂指数，用作干 增强剂，可以有效地提高纸张的强度。它的作用机理主要是阳离子聚 丙烯酰胺的酰胺基和纤维的羟基在纤维之间形成氢键结合， 增强了纤 维之间的结合力，从而达到增加纸页强度的目的。阳离子乙二醛酸性 聚丙烯酰胺可用作湿强剂，使纸页具有一定的湿强度，以抵抗水的破 坏。 3、分散、絮凝及其他： 用作分散剂的主要是相对分子质量低的阳离子聚丙烯酰胺， 能有效改善纸页的均匀度。两性 PAM 在造纸工业中是一种很好的絮 凝剂， 其特有的能有跟多物质系统形成氢键的酰胺基能将分散在水中 的微粒吸附在一起凝聚成团状絮团，以促进微粒的沉降和过滤。 两性聚丙烯酰胺在造纸中的应用： 两性聚丙烯酰胺 AMPAM 的研究起步比较晚， 近几年来才出 现较优良的新型品种。 两性聚丙烯酰胺兼有阳离子聚丙烯酰胺及阴离 子聚丙烯酰胺的某些特点， 在高 AlO2(SO4)3 用量或硬水中能轻易地 捕捉纸料中的阳离子杂质。两性 PAM 与其它的无机絮凝剂相比，具 有品种齐全、生产中用量少、沉降速度快、生成浓渣少，后处理简单 等优点，可满足不同废水处理的使用要求。 在两性聚丙烯酰胺的一个分子链上有不同的电荷分布在不同 的链节上。 分子中含有可通过硫酸铝固着的阴离子和对纸浆纤维有自 固性的阳离子两种基团。 与仅含有一种电荷的水溶性阳离子或阴离子 聚丙烯酰胺(PAM)相比，AMPAM 不仅兼具两者综合性能，更具有 明显的“反聚电解质效应”和 pH 值适用范围广等特点，能适应高封 闭白水循环系统的造纸抄造条件。 两性离子聚丙烯酰胺在造纸生产中的作用有： 1、调节电荷平衡： AMPAM 分子中既含有阳离子基团，又含有阴离子基团，能 弥补 APAM 和 CPAM 的不足，阴、阳离子基团能在纸浆中产生协同 效应，调节体系中的电荷平衡，防止抄造系统的过电荷现象，不仅能 维持纸机系统良好的运转性能，而且具有较好的助留、助滤效果。其 增强效果优于 APAM 和 CPAM。缺点是价格较贵，并要根据纸浆的 实际情况调整阴、阳离子比例，开发专用性强的产品。 2、用作增强剂： 成纸的强度特别是干强度的影响因素很多，主要有：单根纤 维强度、内部纤维结合强度、内部纤维键合数量和纤维分布状况。其 中， 单根纤维强度和内部纤维结合强度受纤维原料和打浆工艺的影响 较大，而后两者主要受湿部化学添加剂的影响较大。造纸增干强剂也 主要是通过影响后两种因素来改善纸页强度的。AMPAM 作为增强 剂的增强机理是，在抄纸过程中加入 AMPAM，由于其大分子中既 含有季铵阳离子基，又含有羧基，其季铵阳离子基可以与带负电荷的 纤维形成离子键，羧基可与硫酸铝中 Al3+配位络合，同时络合的 Al3+又可与纤维形成配位键，增加了纤维间的作用力，因此，也就 提高了纸的裂断长和耐破度等纸页强度。 3、用于高封闭抄纸系统： 随着人们对环境保护的日趋关注，造纸厂的排水标准越来越 高，因此抄造环境发生了很大的变化，废纸配用量增加，而且其质量 呈下降趋势；工业用水成本上升，而对工厂排放废水的污染负荷要求 降低的幅度又很大，使提高系统封闭化程度，增加水的循环利用成为 必然。这导致了抄纸条件的恶化，使电导率提高，使抄纸过程中使用 的增强剂等化学品很难充分发挥效果。因此，开发系统高封闭条件下 能充分发挥效果的增强剂成为迫切需要。AMPAM 就很好地解决了 这方面的问题。AMPAM 从电化学角度解决了上述问题，它的作用 原理如下： (1)两性助剂的阴离子基团有助于清除体系中干扰助剂对纤 维吸附的阳离子； (2)两性助剂的阴离子基团能对阳离子基团起保护作用，电性 排斥那些在体系中存在的高活性“杂阴离子”，从而使助剂中的阳离 子基团不会发生过早的反应或被中和掉； (3)纤维通常带负电，因而易吸附阳离子助剂，但也易于吸附 其他带正电的物质，这样就削弱了对阳离子助剂的吸附，而两性助剂 中的阴离子基团能优先吸附体系中的阳离子； (4)两性助剂电荷基本平衡，那些未被留着的助剂随白水排出 后再循环使用时，不会失去电荷平衡，从而可保证纸机良好的运转状 态； (5)在中性或碱性抄纸中，离子电荷的平衡敏感度很大，体系 较容易出现过阳离子化，造成湿部失控，而使用两性助剂可以使体系 得到控制。 因此，AMPAM 比阳离子 PAM 和阴离子 PAM 更能有效地 提高纸页的强度、填料的留着率和纸机的滤水性，从而提高了纸机车 速，大大减少了白水负荷，适应了高封闭循环系统的造纸操作系统。 因此开发一种新的性能良好的 AMPAM 非常必要。 阳离子聚丙烯酰胺在造纸中的应用： 相对分子质量、低电荷密度的阳离子聚丙烯酰胺是造纸中最 常用的助留剂之一，由于其所带电荷与纤维电荷相反，可以起到很好 的絮凝作用。 可以利用 CPAM 对带负电性的填料表面进行阳离子化， 增加填料颗粒与纸浆纤维和细小纤维的吸附， 从而提高填料的单程留 着率，加快滤水，节约能耗，减少白水中的填料含量，提高纸页的平 滑度和不透明度。但单独使用作助留剂时，容易产生匀度变差、强度 下降等缺点。 在造纸过程中，阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种助留助滤 剂，用量少，效果显著，其使用量近年来一直在大幅度上升。用阳离 子单体和丙烯酰胺共聚可以制备的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，与改 性制备阳离子聚相比具有制备方法简单， 且避免了改性所用的胺类和 醛类等毒性单体使用的特点。阳离子型的聚丙烯酰胺适用于广泛的 pH 值范围，可用于酸性施胶和中性施胶的抄纸系统。 阴离子聚丙烯酰胺的应用： 阴离子聚丙烯酰胺(APAM)是一种常用的造纸助剂， 不同分子 质量的 APAM 用途不同，分子质量较大的用作絮凝剂，分子质量较 小的用作分散剂，能减缓纤维的絮聚和沉降，并使纤维均匀分布在水 中，大大改善了上网浆料的匀度，从而可以在较低的打浆度、较长的 纤维下抄造较薄的高质量纸张。目前使用较多的造纸分散 APAM， 因其性能与价格因素，是较为普通使用的一种纤维分散性，而用于纸 张增强剂的 APAM 分子质量介与絮凝剂与分散剂之间。 可以利用 CPAM 对带负电性的填料表面进行阳离子化， 增加 填料颗粒与纸浆纤维和细小纤维的吸附，从而提高填料的单程留着 率，加快滤水，节约能耗，减少白水中的填料含量，提高纸页的平滑 度和不透明度。但单独使用作助留剂时，容易产生匀度变差、强度下 降等缺点。液中加入一些硫酸铝。APAM 具有良好的成膜性能，能 提高纸张的表面强度，从而赋予纸页对印刷油墨的持着能力。 造纸用聚丙烯酰胺使用注意事项： 1、 聚丙烯酰胺 PAM 在混合箱中的加入量是根据需要分散的 程度来确定，一般是连续加入，用量基本在 0.1%0.3%左右, 2、在混合浆仓中的加入量为 0.1%0.2%左右，加入方式一 般是间歇式加入,并且最好在倒料前 15min 时加入,以避免过长时间 的搅拌,而降低其分散效果。 3、搅拌溶解时间不易过长,一般搅拌时间在 11.5h 左右为 宜,否则会破坏其分散效果。 4、应现使用现溶解,因为聚丙烯酰胺的水溶液会在 2448h 内自动水解,失去粘性,而最终失去分散作用。 因为聚丙烯酰胺 PAM 在溶解时不可能 100%全部溶解,一定 会有一小部分未完全溶解