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高分子造紙助劑的應(yīng)用、合成及發(fā)展

2006-08-04 14:06 來源：中華印刷包裝網(wǎng) 責(zé)編：中華印刷包裝網(wǎng)

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隨著現(xiàn)代造紙工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)助劑愈來愈得到廣泛的應(yīng)用。各種性能優(yōu)良的助劑能否在造紙上有效地使用成為衡量一個國家造紙工業(yè)發(fā)展水平的重要依據(jù)。造紙助劑多為精細(xì)化學(xué)品，用量少、效果好。其主要作用是:改進(jìn)紙的質(zhì)量、賦予紙張?zhí)厥獾男阅埽岣呱a(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時可有效地減輕環(huán)境污染。

　　1 高分子助劑在造紙上的應(yīng)用

　　人工合成高分子助劑在造紙過程中應(yīng)用范圍較廣，其中濕部化學(xué)助劑、表面施膠劑、涂布助劑的應(yīng)用更多b助留助濾劑的典型代表為聚丙烯酞胺，在提高細(xì)小纖維和填料留著率、降低白水濃度方面效果較其它無機或天然高分子助劑皆有明顯的優(yōu)勢。用量一般為0.01%一0.03%(絕干量/絕干漿)。增強劑方面有聚酞胺多胺環(huán)氧氯丙烷、聚乙烯亞胺、聚丙烯酞胺等，表面施膠劑主要有聚乙烯醇等;涂布助劑中的人工合成高分子助劑有聚丙烯酸醋、聚氨醋、聚醋酸乙烯醋等。人工合成高分子助劑雖然添加量極小，效果顯著，操作簡單，但要求應(yīng)用技術(shù)科學(xué)合理，有針對性。其加人位置、加人量、加人方式應(yīng)當(dāng)隨原料的種類、紙機類型、紙種、水質(zhì)等的變化作適當(dāng)調(diào)整。所以在重視開發(fā)優(yōu)質(zhì)高效助劑的同時要研究其在造紙上的應(yīng)用技術(shù);質(zhì)量穩(wěn)定可靠的助劑和針對性強的應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，是用好各種化學(xué)助劑的關(guān)鍵。

　　2 高分子鏈的組成與抄紙關(guān)系

　　作為化學(xué)助劑的人工合成高分子鏈中的基團(tuán)性質(zhì)不同，將直接影響其在抄紙過程中作用的效果。造紙用高分子化合物基本上都是水溶性的，高分子鏈的組成首先必須保證其在水中有充分的溶解性，即這類高分子鏈中必須要含有一定量的親水性基團(tuán)。通常，水溶性高分子鏈中所含的基團(tuán)可分為陽離子型、非離子型、陰離子型和兩性型四大類。

　　這些有效官能團(tuán)可以強烈吸附細(xì)微顆粒和纖維，在細(xì)微顆粒和纖維之間形成架橋。不同類型的高分子化合物。

　　3高分子鏈中官能團(tuán)的引入方法

　　通常，往高分子鏈中引人某種含有特殊功能官能團(tuán)的方法有兩種，一是通過高分子反應(yīng)使高分子鏈產(chǎn)生某種官能團(tuán)，二是直接采用含有某種官能團(tuán)的單體進(jìn)行均聚或共聚.

　　3.1高分子反應(yīng)法

　　目前，在造紙領(lǐng)域使用較多的人工合成高分子化合物是聚丙烯酞胺系列產(chǎn)物。聚丙烯酞胺本身屬于非離子型化合物，通過對其改性，可以得到不同離子形式的產(chǎn)物。常用的方法有:

　　a.通過Mannich，C.反應(yīng)獲得陽離子型產(chǎn)物;

　　b.通過霍夫曼反應(yīng)獲得陽離子型產(chǎn)物;

　　C.通過水解反應(yīng)獲得陰離子型產(chǎn)物。

　　以上各種方法使用歷史較長，在有關(guān)文獻(xiàn)中也有較多的報道。

　　3.2共聚法

　　高分子反應(yīng)法引人特定官能團(tuán)時，反應(yīng)物之間必須要有充分的混合。而作為聚丙烯酞胺的水溶液，往往具有較高的粘度，與其它反應(yīng)物難以混合均勻，從而導(dǎo)致官能團(tuán)在分子鏈中分布不均勻。為了使官能團(tuán)在分子鏈上盡可能均勻分布，只能采用降低有效濃度的辦法，這必然導(dǎo)致最終產(chǎn)品有效濃度低、渡寧性善。

　　基于上述情況，目前國際上造紙助劑的生產(chǎn)發(fā)展趨勢是采用共聚法。所謂的共聚法，是預(yù)先將兩種或兩種以上的單體混合，經(jīng)引發(fā)而進(jìn)行的聚合反應(yīng)。在使用共聚法合成造紙助劑時，可以選擇含有特定官能團(tuán)的陰離子或/和陽離子單體與非離子單體進(jìn)行共聚，分別可以得到陰離子型、陽離子型及兩性型產(chǎn)物;通過調(diào)節(jié)單體比例，可以達(dá)到調(diào)節(jié)物中離子密度的目的。

　　4 分子量的控制方法

　　高分子造紙助劑的合成，分子量的控制辦法與一般高分子合成相同，主要是控制反應(yīng)溫度、引發(fā)劑添加量及合成時的單體濃度。通常反應(yīng)溫度高則產(chǎn)物分子量低，引發(fā)劑添加量大則產(chǎn)物分子量也低，單體濃度高則產(chǎn)物分子量高。在選用溶液聚合等的合成方法時，更應(yīng)注意體系中其它物質(zhì)對聚合反應(yīng)的影響。特別要注意反應(yīng)鏈的位移。

　　5 合成方法及其發(fā)展

　　人工合成高分子助劑的合成方法與一般高分子合成類似，傳統(tǒng)的合成方法有縮合聚合和加成聚合兩大類。

縮合聚合是從分子間脫除一個小分子而逐步形成大分子的合成方法。隨著大分子的形成，體系粘度增加，分子運動變得困難，進(jìn)一步反應(yīng)的可能性變得越來越小。因此，縮合聚合所得到的產(chǎn)物的分子量一般都不很高，使用時性能上存在一定的局限性。

　　加成聚合是以乙烯基單體為原料，通過活性中心(自由基、陰離子、陽離子)的傳遞，使乙烯基單體的雙鍵打開而相互結(jié)合成高分子的反應(yīng)方法。在造紙助劑的合成中，自由基為活性中心的加成聚合反應(yīng)應(yīng)用較多。傳統(tǒng)的自由基加聚反應(yīng)的實施方法有四種。

　　(l)溶液聚合是單體、引發(fā)劑、溶劑組成的聚合體系。

　　(2)本體聚合是聚合體系只含有單體及引發(fā)劑(熱聚合、輻射聚合時，只有單體)而不加溶劑或稀釋劑的聚合反應(yīng)方法。但用于造紙助劑的合成時，往往難以實施。

　　(3)懸浮聚合通常是用強烈攪拌將單體或單體混合物分散在介質(zhì)中，成為細(xì)小的微粒再進(jìn)行聚合。

　　(4)乳液聚合是將單體用機械攪拌及在乳化劑作用下將單體分散在介質(zhì)中進(jìn)行的聚合方法。若希望采用乳液聚合合成造紙助劑時，則需采用油包水形式的反相乳液聚合。

　　產(chǎn)物以微粒形式分散于體系中，有效濃度可高達(dá)25%一60%。但是由于體系中存在的有機溶劑和表面活性劑，使得產(chǎn)物在抄紙過程中產(chǎn)生許多副作用。

　　傳統(tǒng)的合成方法，總是存在著一些問題，使得目前產(chǎn)品的主要形式局限于糊狀和粉末兩種形式。糊狀產(chǎn)品為了克服其粘度給操作及應(yīng)用帶來的困難，往往采用降低有效濃度的辦法，這必然增加運輸和貯存成本，同時又使得產(chǎn)物保質(zhì)期變短。而粉末狀產(chǎn)物使用難以稀釋，很容易產(chǎn)生“魚眼”，既造成浪費又可能導(dǎo)致管路堵塞，給用戶生產(chǎn)帶來不便。近年來，發(fā)達(dá)國家的一些造紙助劑生產(chǎn)廠家采用共聚方法，在合成上采用比較新穎的手段，如日本文獻(xiàn)[s]中報道的分散聚合，開發(fā)生產(chǎn)出了有效濃度較高、同時又便于使用的新型助劑。其中采用共聚法可以選擇含有非常適合于造紙領(lǐng)域的官能團(tuán)的單體，而采用的分散聚合則突破了傳統(tǒng)的合成工藝。有文獻(xiàn)報道，一些產(chǎn)品在有效成分濃度在20%以上時，體系的流動性良好，粘度僅在數(shù)千至萬。

　　6 結(jié)語

　　人工合成高分子助劑因其獨特的功效，愈來愈得到廣泛的應(yīng)用。采用先進(jìn)成熟的工藝合成方法和與之配套的設(shè)備，精確控制產(chǎn)品的分子量、分子鏈結(jié)構(gòu)及電荷密度，使合成產(chǎn)品的作用功效更具針對性，并能大幅度降低使用成本，無疑是助劑合成的趨勢。同時，加強在助劑應(yīng)用技術(shù)方面的研究，尋求復(fù)配技術(shù)，以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

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