聚丙烯酰胺在造纸中的应用

所属栏目:聚丙烯酰胺产品知识   发布时间:2021-04-05   浏览次数:  次   文章来源:https://www.pam315.com

  聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性高分子化合物,主链上有活性酰胺基和双键。采用不同的聚合工艺,引入不同的官能团,可以得到不同相对分子量、不同电荷密度的PAM系列产品。聚丙烯酰胺厂聚丙烯酰胺是一种多功能高分子化合物,具有非常活跃的化学性质和广泛的应用。早在20世纪50年代,PAM就已经在造纸工业中被用作纸张干增强剂。目前,聚丙烯酰胺已广泛用作干增强剂、助留剂、助滤剂、废水处理剂和纤维分散剂等。是广泛使用的造纸化学品之一。
 
聚丙烯酰胺厂,聚丙烯酰胺价格
 
  聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺(AM)均聚或与其他单体共聚而成。根据电性能的不同,聚丙烯酰胺厂聚丙烯酰胺产品可分为非离子型(NPAM)、阴离子型(APAM)、阳离子型(CPAM)和两性型(安帕姆)。
 
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  非离子聚丙烯酰胺(NPAM)
 
  NPAM易溶于水,其相对分子量对水溶性影响不大。但当高相对分子质量的PAM质量分数超过10%时,会在水中形成透明凝胶,失去流动性。PAM在碱性介质中容易水解,产生部分羧基。
 
  阴离子聚丙烯酰胺(APAM)
 
  一般在PAM分子结构中引入羧基,得到APAM。因为纸浆纤维是阴性的,所以当使用APAM时,应该加入阳离子促进剂如硫酸铝。在Al3的作用下,APAM与纤维上的负离子以配位键的形式吸附在纤维上,起到增强和保留的作用。
 
  阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)
 
  CPAM的阳离子可以与纤维上的阴离子形成离子键,酰胺基与纤维上的羟基形成氢键,从而获得增强、保留和过滤的效果。它的酸碱度范围比APAM宽。
 
  两性聚丙烯酰胺
 
  与CPAM相比,AmPAM能有效提高纸张强度、填料保留率和纸机过滤,从而提高纸机速度,大大降低白水处理负荷。当今造纸工业正由酸性造纸向中性和碱性造纸转变,AmPAM将成为未来发展的热点。
 
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  聚丙烯酰胺与淀粉、壳聚糖等天然高分子的接枝共聚物也是近年来的研究热点,应用效果突出,特异性强。
 
  聚丙烯酰胺在造纸中的主要应用
 
一、干增强剂
 
  聚丙烯酰胺厂聚丙烯酰胺是一种优良的纸张增强剂。在日本,废纸的比例相当高,PAM已经广泛应用于再生纸中。近年来,日本的一些公司,如松木化学公司、荒川公司和星光PMC公司在中国设立工厂,推广聚丙烯酰胺在再生纸中的应用。特别是我院科技成果产业化基地杭州航华制浆造纸化学品有限公司,通过引进日本制浆造纸技术,消化、吸收、创新,研制出聚丙烯酰胺干强剂,其产品已在玖龙纸业、李文纸业、井陉纸业等大中型造纸厂得到应用,并取得了良好的效果。PAM还可以提高纸张的湿强度和湿强度。常见的湿强剂有脲醛树脂、三聚氰胺树脂和邻苯二甲酸酯。PAM作为增强剂,通常相对分子质量为10万-100万。
 
  图1中介绍的各种PAM都可以用来增强纸张和纸板,其中:
 
  1、APAM
 
  由于APAM含有阴离子基团,可以通过Al3等阳离子化学物质与纤维形成配位键,达到增强效果。用量一般为1-4.5kg/t(浆)。APAM还可以与阳离子淀粉、聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)树脂等结合使用。可以明显降低添加成本,提高加固效果。
 
  2、CPAM
 
  CPAM有阳离子基团,可以直接与纤维形成配位键。一般来说,CPAM不需要依赖阳离子化学品,如Al3。用量一般为1-5kg/t(浆)。
 
  3、AmPAM
 
  AmPAM分子同时含有阳离子基团和阴离子基团,可以弥补APAM和CPAM的不足,调节体系中的电荷平衡,防止造纸体系中的过充,增强效果优于APAM和CPAM。
 
  4、淀粉接枝聚丙烯酰胺
 
  变性淀粉是天然聚合物,PAM是合成聚合物。变性淀粉因其价格低廉、质量好而在造纸企业中得到广泛应用,但其增强效果略逊于PAM。淀粉接枝聚丙烯酰胺不仅可以降低添加成本,而且可以提高应用效果,近年来发展迅速。PAM接枝阳离子淀粉或与乙二醛交联也可用作湿强剂。
 
二、助留剂和助滤剂
 
  PAM具有相对分子质量大、分子链上反应点多的特点,能快速与纤维和填料结合,显著提高留着和滤水效果,提高纸浆在网内的滤水性能和细纤维和填料的留着率。加入纸浆中,纸浆中的纤维和填料很快就会絮凝,纸浆中的细纤维和填料会粘附在较长纤维的表面,形成较大体积的絮体,从而使纸浆容易脱水,提高细纤维和填料的保留率。助留剂和助滤剂通常是同时使用的。
 
  1、CPAM单一滞留系统
 
  CPAM具有较高的相对分子量和较低的电荷密度,是造纸中常用的助留剂之一。因为它的电荷与纤维的电荷相反,所以能起到很好的絮凝作用。CPAM可用于阳离子化带负电荷的填料表面,以增加填料颗粒与纸浆纤维和细纤维的吸附,从而提高填料的单程保留率,加速水过滤,节约能源消耗,降低白水中的填料含量,改善纸张的平滑度和不透明度。但单独用作助留剂时,容易产生均匀性和强度差的缺点。
 
  2、二元助留助滤剂体系
 
  该体系可以在改善纸张留着和滤水性能的情况下,提高纸张的均匀性和强度。APAM需要在造纸的湿部系统中加入阳离子添加剂,如铝盐,这样才能有助于助留助滤。但这种体系的缺点是只适用于酸性造纸。APAM和阳离子淀粉的配合应用可以在中等碱性条件下进行,比单独应用效果更好。
 
    3、AmPAM
 
  该产品在同一个分子中含有阳离子和阴离子基团。阳离子和阴离子基团可以在纸浆中产生协同作用,平衡系统电荷,不仅可以保持造纸机系统良好的运行性能,而且具有较好的助留助滤效果。缺点是价格贵,阴阳离子比例要根据纸浆的实际情况进行调整,才能开发出特异性强的产品。
 
  4、其他助留助滤剂产品
 
  有数据表明,多糖分子链中的每个葡萄糖单元都有一个氨基,在酸性条件下带有很强的正电荷。与APAM交联的产品还具有两性性能和优异的保留和排水效果;聚氧乙烯接枝聚丙烯酰胺和淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的助留体系优于普通聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺和聚氧乙烯接枝共聚物作为助留剂,对成纸均匀性影响不大,且用量少,留着率高。阳离子淀粉、硅溶胶或膨润土的复合应用可以取得比单一应用更好的效果,但其缺点是应用技术和工艺更复杂。
 
三.中性施胶助剂
 
  中性造纸因其具有改善纸张性能、减少污水排放、降低能耗、减少增白剂消耗、降低造纸成本、提高造纸机运行性能等优点而受到造纸行业的重视和欢迎,被誉为“造纸新技术”。从20世纪80年代中期开始,中性造纸在中国广泛应用于铜版原纸、摄影原纸、水松原纸甚至普通文化纸。中国造纸工业已经从酸性变成了中性。
 
  所谓中性造纸技术,就是在中性或碱性条件下的造纸技术。
 
  使用的主要造纸湿部化学品有:
 
  1、中性施胶剂
 
  中性施胶剂包括AKD施胶剂、ASA施胶剂和一些固定施胶剂。中性施胶剂可以完全替代传统的松香-明矾酸施胶体系,有效提高纸张的耐水性。
 
  2、助留剂
 
  助留剂主要是由特殊规格的聚丙烯酰胺和阳离子淀粉组成的二元助留体系。该体系能有效地将中性施胶剂留在纤维上,使其充分发挥施胶效果。
 
  3、增效剂
 
  增效剂如PPE树脂。
 
  4、碳酸钙
 
  主要使用重质碳酸钙,不仅可以降低成本,还可以提高白度、平滑度等物理性能。
 
  5、增白剂
 
  国内使用的增白剂多为荧光增白剂。
 
  6、其他化学添加剂
 
  其他化学添加剂,如防腐剂、消泡剂等。
 
  常见的添加过程如图3所示。
 
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  增白剂为强阴离子,需要在打浆机附近加入,加入量约为0.08%;填料一般采用重质碳酸钙,加入量一般为质量分数的20%;中性施胶用变性淀粉HR系列(我院产业化基地杭州纸友科技——产品)的添加量一般为质量的1.5%-2.5%;AKD的用量一般为0.2%-0.3%(绝对干)。PAM为阴离子型,相对分子质量500万左右,添加量为HR量的2%,针对不同的造纸机条件、施胶要求以及草浆含量高的纸张类型,上述工艺需要适当调整。
 
四.纤维分散剂
 
  PAM可用作纤维分散剂,减少纤维絮凝,改善成纸,提高纸张的均匀性和柔软性。PAM作为分散剂,相对分子量不小于700万,水解度为20%-30%。其水溶液稳定性好,一般不受加热和高剪切力的影响。白水可以循环使用。与聚环氧乙烷(PEO)分散剂相比,APAM的用量稍多,但价格便宜,因此特别适合制作家庭用纸。相对分子质量1800万的APAM适用于长纤维纸,其用量为0.5%-0.2%(绝对干浆),纤维分散效果明显。
 
五.废水处理剂
 
  我国造纸工业废水污染严重,COD排放总量约占我国工业废水COD排放总量的1/3。为了减少造纸工业废水的污染,中国政府下令关闭大量污染严重的中小型造纸厂,特别是小型草浆厂。另一方面,废纸造纸的比例逐年增加,现在占纸浆的60%以上。
 
  聚丙烯酰胺因其明显的絮凝作用而被广泛应用于造纸废水处理。APAM和NPAM通常用作化学处理废水的污泥脱水的助滤剂;CPAM和NPAM;用作废水生化处理的活性污泥。AmPAM的应用范围更广。APAM水解度一般为20%,聚丙烯酰胺絮凝剂具有添加量少、沉降速度快、絮凝效果好的优点。
 
  在废水处理中,聚丙烯酰胺厂聚丙烯酰胺通常与无机絮凝剂混合使用。常用的阳离子聚合物无机絮凝剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合磷酸铁、聚合硫酸铁、聚合氯化铁。阴离子型包括活性硅酸和聚合硅酸;无机复合材料包括聚合氯化铝铁、聚硅酸硫酸铁、聚硅酸氯化铁、聚合硅酸铝铁和聚合磷酸铝铁。聚丙烯酰胺与无机絮凝剂结合不仅可以降低水处理成本,而且可以提高处理效果。例如,CPAM和安帕姆与无机絮凝剂结合处理废纸脱墨废水。CPAM的电荷密度(30%-35%)不是很高,AmPAM的分子量在1000万左右。当有机絮凝剂用量为0.75毫克/升,无机絮凝剂用量为100毫克/升时,具有良好的应用效果。超相对分子质量叔胺CPAM、APAM与无机絮凝剂聚合氯化铝联用处理纸板生产废水,具有理想的处理效果。当APAM絮凝剂和聚合氯化铝的用量不变时,CODcr去除率和浊度去除率随着CPAM相对分子质量的增加而增加。分子量为2900万的CPAM用量为0.5毫克/升,聚合氯化铝用量为100毫克/升时,处理效果理想.CPAM和邻苯二甲酸酯的复配可以得到高效复合净水剂。
 
六.表面施胶剂
 
  APAM也可以作为表面施胶,主要用来代替部分淀粉,降低淀粉产生的生化耗氧量。APAM用于表面施胶时,用量不高于1%,纸张中需要硫酸铝,也可以在胶液中加入一些硫酸铝。APAM具有良好的成膜性能,可以提高纸张的表面强度,从而赋予纸张容纳油墨的能力。
 
  随着造纸工业的快速发展,我们需要加快造纸用PAM系列产品的开发,提高产品质量,加强应用技术和机理研究,努力增强国际竞争力,缩短与发达国家的差距,以适应我国造纸工业的发展需要。
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