两性乳液型聚丙烯酰胺增强剂的研制
摘 要:本文研究了核壳乳液聚合法合成水包水型两性聚丙烯酰胺(AmPAM)乳液造纸增强剂,同时研究了反应单体配体、引发剂用量、反应时间和反应温度等对AmPAM乳液性能及对成纸增强效果的影响。
随着高速纸机的广泛使用,造纸原料的恶化以及造纸封闭循环系统的应用,对造纸湿部助剂提出了更高的要求,普通高分子助剂已满足不了实际生产的需求,开发新型高效的造纸助剂刻不容缓。两性聚丙烯酰胺由于其链上同时含有正负两种电荷基团,与仅含有一种电荷的阳离子或阴离子聚丙烯酰胺相比,具有更明显的“反聚电介质效应”和pH实用范围广等特点,在造纸工业中可以用作增强剂、助留剂和絮凝剂,因而成为国内外研究的热点。两性离子聚丙烯酰胺的制备方法主要有水溶液聚合和乳液聚合。水溶液聚合的浓度低,产物的相对分子质量较小;乳液聚合制备的聚合物固含量高、粒 径小,溶解性好和相对分子质量较大,可以用来制备造纸增强剂、助留剂和絮凝剂和其它一些纸用辅助剂。根据添加剂对纸张增强剂的机理,本文利用核-壳乳液聚合技术,采用核壳乳液共聚合法研制了两性乳液型聚丙烯酰胺增强剂。
1.反应温度对聚合反应的影响
反应温度对乳液聚合影响较大。对于乳液聚合来说,聚合热靠水及单体的蒸发散热,所以反应温度一般控制在刚好产生回流的反应温度。对于沸点相差较大的单体共聚,则反应温度控制在沸点较低单体的沸点以下,否则得不到良好的共聚组成。温度过低,不能提供体系突破活化能所需的能量,同时引发剂不能迅速形成自由基,聚合反应进行的不充分, 相对分子质量上不去。温度过高,反应过快,聚合效果不理想,主要表现为小分子链较多,相对分子质量分布范围广,从而导致相对分子质量下降。结合实验的可行性,反应温度控制在85摄氏度左右比较好。
2.反应时间对聚合反应的影响
反应时间对聚合工艺的稳定性及反应产物的性能有重要作用。延长反应时间有利于反应转化率的提高,但反应时间太长,会使生产周期加长,造成生产成本的增加。对自由基聚合来说,反应时间对产品的分子量影响不大,考虑到产品的粘度,故确定反应时间为3-5h。
3.AmPAM的增强效果
在一定范围内,纸页的强度是随着增强剂用量 的增加而增加,但是当其用量达到一定程度后,会产 生严重的絮凝现象,影响纸页的成形,进而影响纸页的表面性能和强度,况且用量过大,会造成生产成本的提高,为了考察AmPAM的用量对增干强度的影响,不同用量(绝干固体相对于绝干浆)时对纸张强度的影响做抄片测增干强度实验。
结果可知,AmPAM用量在0.1%—0.4%试验范围内均能提高环压强度、裂断长和耐破度。随着AmPAM用量的加大,环压强度、裂断长和耐破指数进一步提高,且AmPAM用量在0.3%-0.4%范围内,成纸环压指数提高20.3%-22.5%,裂断长提高24.6%-27.3%,耐破指数提高30.3%-33.6%,在AmPAM用量为0.3%时趋于稳定,再增加用量,各项指标虽有增长,但增幅逐渐减少,从成 本方面考虑,用量为0.3%时,效果比较理想。
4结论
4.1本实验合成的是使用方便、稳定性好的水包水型两性AmPAM乳液增强剂,聚合物分子结构中含有季铵盐阳离子基团和羧基阴离子基团,属两性聚合物。
4.2单体配比、引发剂用量、反应时间和反应温度 等影响聚合物的结构、分子质量、粘度和性能。
4.3在本实验范围内,合成的AmPAM乳液具有良好的增强作用,当添加量为0.3%时,成纸环压指数、裂断长和耐破指数分别提高20.3%、24.6%和30.3%。
4.4该AmPAM乳液型增强剂固含量高,减少了包装和运输费用。
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