阴离子聚丙烯酰胺在二次纤维中的应用试验

1 前 言目前二次纤维已成为造纸原料的重要来源。多次重复回收的二次纤维，其纤维长度、留着率、滤水性、抄造性等各方面的性能不断降低，难以适应生产需要及满足产品的质量要求。添加化学品，在成本增加不多的前提下提高纤维的留着率，降低浆耗，改善纸机抄造性能，提高产品的使用价值和挡次，为众多生产厂家及企业所接受。聚丙烯酰胺(Polyacryamide，简称：PAM)其分子式：(CH2=CHCONH2)n，是一种水溶性线型高分子聚合物。在造纸方面的应用已有悠久的历史。由于在制备时原料及反应条件不同，可制得不同分子量，不同官能团，不同功能的聚丙烯酰胺系列。按其官能团的特性可分为阳离子(CPAM)、阴离子(A PAM)、非离子(NPAM)及两性(AmPAM)聚丙烯酰胺。按聚合度的大小可分为高分子量、中等分子量及低分子量产品。由于其分子结构以及其化学性质，聚丙烯酰胺在造纸工业中作为助留剂、助滤剂、增强剂、分散剂、絮凝剂等使用时，表现出极为复杂的特性及行为，对不同的pH值、不同的添加顺序或加入位置、不同的纤维种类、不同的助剂或填料等均表现出不同的效果及作用。就其本身本而言，相同类型及官能团，但不同粘度、添加量等其作用也表现出极为大的差异。阴离子型(APAM)的聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体与丙烯酸的共聚物，或由非离子型聚丙烯酰胺水解改性而得。含有—COOH、—SO3H、—OSO3等基团。本次试验采用分子量为2，200万的阴离子聚丙烯酰胺在不同用量下对二次纤维的增强、助留、及助滤进行了探索。
2 试 验
2.1 原料：纸浆：广州某纸厂的废纸浆聚丙烯酰胺：阴离子分子量：2，200万外观：白色粒颗水溶性：可溶解在水中
2.2 试验方法：
(1)将阴离子聚丙烯酰胺溶解成浓度为2%透明的水溶液，添加量(对绝干纤维)分别为：0.02%，0.05%，0.1%，0.2%，0.4%
(2)浆料处理：用西德进口的实验室打浆机进行打浆打浆工艺：浓度；1.57%疏解纤维：15min，打浆度；20°SR打浆：加压4.5kg，10min，打浆度；36°SR
(3)施胶：采用分散松香，胶料用量为1%(对绝干纤维)，用硫酸铝调节pH值到5。
(4)加填：在打浆机中加入填料30%(对绝干纤维)。与浆料混合，加填后打浆度为41°SR
(5)抄纸：设备；西德进口的实验室抄成器方法；将阴离子聚丙烯酰胺按不同的用量分别加到已施胶、加填的浆中，混合后测打浆度及抄纸，定量为：100g/m2，干燥时间：10min。
(6)测试：各项指标测试按国家检测标准进行
3 结果与分析在不同的阴离子聚丙烯酰胺用量下，测得的打浆度、抗张指数、环压强度、耐破指数，灰分如下表：

从表中数据可见：打浆度随着聚丙烯酰胺的添加量的增加而降低，而灰分随着其用量的增加而显著增加，抗张指数，环压强度及耐破指数等强度指标则呈现下降趋势。但环压强度及抗张指数在用量为0.2%及0.4%时有所回升。 从所得试验结果分析，再次印证了高分子量A PAM的助留机理。一般认为“凝聚"是由
(1)电荷的中和；
(2)呈嵌镶状的吸附；
(3)交联；
(4)网络；这四个方面的原因引起的。高分子量的APAM作为助留剂主要是“桥联"吸附，即高聚物分子链吸附在不同对象(如：填料、细小纤维等)间发生桥联，只要高聚物分子链足够长，跨距大于离子间有效排斥距离，在很低的浓度下，就可有效地促进絮聚而达到助留作用。而另一方面，阴离子聚丙酰胺本身带负电荷，吸附带正电荷的矾土变为带正电荷，并沉积于带负电荷的纤维上，同时纸浆在PH值为5附近时，可获得最佳的絮凝效果，对填料有较大的留着。故此从表中的数据可见，在聚丙烯酰胺用量从0.02%增加到0.4%时，纸浆中的灰分从15.78%增至22.20%，增加幅度为40.68%。灰分最高是APAM用量为0.05%时，增幅达52.28%。从该实验结果来看，高分子量阴离子的聚丙烯酰胺对二次纤维中的填料的助留效果是很明显的。这对利用二次纤维作为原料的企业，在生产中可减少纤维流失，降低浆耗，提高经济效益的同时降低了白水浊度，舒缓白水回收的压力，减少环境污染都具有重要的意义。对于其助滤效果，随着APAM用量的增加，打浆度降低的幅度从41°SR降至37°SR，降幅为9.75%。从该实验数据来看，高分子量的APAM对废纸浆的助滤有一定的作用，但没有助留的效果明显。一般认为，高分子量的PAM适合于作为助留，而小分子量的更适合于助滤。然而，从表中的抗张指数、耐破指数及环压强度这些强度指标来看，高分子量APAM对加填后的二次纤维没有增强效果，反而稍有下降。这是由于随着填料留着率的不断提高，填料存在于纤维间，阻隔了纤维与纤维间的结合，妨碍了相邻纤维素间氢键的形成。另一方面，二次纤维组成及来源的复杂性，估计对增强的效果也会造成一定的影响。故此加填后，高分子的APAM对二次纤维的增强基本体现不出来。在APAM用量为0.05%、填料留着达最高值时，抗张指数降至最低。但在APAM用量增加到0.2%后，灰分保持稳定并略有下降，而环压强度有上升的趋势，抗张指数也稍有回升。这表明了在用量增加的情况下，高分子的APAM仍表现出增强的效果。一般认为APAM用量增加，填料和纤维表面会被其包围而产生“绝缘"效应，致使聚合物在微粒间的“桥联"效应减弱，此时填料的留着会相对降低从而提高了纤维间的结合力。这一效应将会在我们以后的研究中进一步探索。
4 结 论
4.1 高分子量的APAM对填料及细小纤维的留着有显著的效果，在用量为0.02%--0.4%的范围内，纸浆中的灰分增加了40.68%。APAM用量为0.05%时的增幅最大，达52.28%。
4.2 大分量的APAM对二次纤维在抄造中的助滤有一定的效果。加填前的打浆度为36°SR，加填后升至41°SR，在添加了高分子量的APAM后，打浆度降至37°SR，降幅为9.75%。基本接近加填前的打浆度。这对改善二次纤维在网部的脱水，提高纸机车速有一定的帮助。
4.3 在APAM的用量为0.02%--0.2%区间，纸页的强度指标略有降低，但用量增加至0.2%以后，环压强度及抗张指数稍有回升。这表明APAM用作增强剂，需要相对增大用量。