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新型两性聚丙烯酰胺的合成及其对于废纸纤维的增强作用

将废纸浆作为造纸原料回用于生产,可以减少原生植物纤维原料的使用量,实现造纸废水中污染物的资源化利用。但废纸回用过程经过反复的洗涤和搅拌后,会导致细小纤维的含量较高,细小纤维回用于生产,会导致留着率低、成纸强度差的问题,而且残渣中的阴离子垃圾会对造纸湿部产生干扰。若要对造纸残渣纤维留着率低、成纸强度差这一现状进行改善,就必然需要研发一种新型的造纸助剂,对细小纤维进行留着率和成纸强度方面的提升,从而便于后续对它进行资源化利用。

本课题选择了OCC废纸造纸沉渣和OCC废纸浆进行研究,从它们各自的纤维形态、表面电荷等方面进行了较为详细的研究。结果表明:与废纸浆比,造纸废渣中纤维长度短、而且细小纤维组分含量也更高。

造纸沉渣纤维的电导率、Zeta电位的绝对值及阴、阳离子需求量都比废纸浆纤维的要高出一些。具体数据:沉渣纤维数均长度为0.14mm,小于0.2mm的细小纤维数均含量为75.93%,小于100目的纤维组分占41.31%

造纸沉渣的阴离子需求量为2.134μmoL/g,阳离子需求量为11.370μmoL/g,而废纸浆纤维的数据明显低于这两个数值。沉渣纤维的CTR值较之废纸浆纤维的CTR值略小,且两者都小于1,可知沉渣纤维负电性更高。沉渣纤维Zeta电位为-65.13mv,低于废纸浆中纤维的Zeta电位。而且造纸废渣纤维的灰分含量和打浆度都高要于废纸浆纤维。

合成方面,本课题采用2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺(AM)为单体,烷基酚聚氧乙烯醚-10(OP-10)、失水山梨醇单油酸酯(Span80)、失水山梨醇单月桂酸酯(Span20)等为乳化剂,环己烷为有机溶剂进行电导率和最大增溶水量试验。

结果表明:选用环己烷与Span80/Tween80复合乳化剂组成的乳化体系乳液清澈透明稳定性较好;并确定最优条件:单体总质量浓度为40%n(AM):n(DMC):n(AMPS)=7:1.5:1.5、亲水亲油平衡值(HLB)6.0w(复合乳化剂)=12%m(助乳化剂):m(复合乳化剂)=1:6。这样制得的反相微乳液乳化剂用量仅占整个油相用量的1/10左右,且稳定性好。

之后,采用环己烷与Span80/Tween80复合乳化剂组成的乳化体系、K2S2O8-NaHSO3为氧化还原引发体系,进行正交实验以确定两性聚丙烯酰胺反相微乳液聚合的最佳条件,得出最佳聚合条件:反应温度为50℃,反应时间为2.5h,油水体积比为0.8:1,单体水溶液的pH值为5,氧化剂与还原剂的质量比为1:1.5。成功合成之后,采用激光粒度分析仪分析了微乳液体系的粒径分布,并用红外光谱分析仪、扫描电子显微镜等仪器对新型两性聚丙烯酰胺的结构及各种性能指标进行了表征。

可知用该方法合成的新型助剂中各种粒子的平均粒径为83.31nm,且乳液形态颜色亮黄色且透明,可知体系为微乳液。测得共聚物产品特性粘数为200.86ml/g,分子量为51万,溶解性能好,比较适合做造纸助剂。FT-IR表征结果表明三种单体单元的特征吸收峰均出现,且比例一致,由此可知该共聚物是由这三种单体单元组成的。

依照OCC废纸浆和纯化过的沉渣纤维的配抄质量比例7:3配浆,并将合成的新型助剂加入浆内,多次试验后可知,当加入的两性聚丙烯酰胺用量为0.3%时,可以得到最佳的助留、助滤及增强效果,其中成纸定量提高了3.0%,撕裂指数提高了15.1%,耐破指数提高了17.2%,抗张指数提高了7.7%,填料留着率提高了7.89%。并且在加入量相同的情况下,较常用其他助剂,效果好、稳定性好而且不需要溶解,使用方便,产品及制备工艺对环境友好。

最后,采用红外光谱(IR)、示差扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)等分析手段对其增强机理进行了初步探讨。分析可以推测新型两性助剂对纸张的增强机理为,两性聚丙烯酰胺上的氨基可与纤维上的羟基形成氢键,而其季铵阳离子基可以与带负电荷的纸纤维形成离子键,磺酸基可与助留剂Al2(SO4)3Al3+配位络合,同时络合的Al3+又可与纸纤维形成配位键。

故通过两性P(DMC/AM/AMPS)和助留剂Al2(SO4)3的作用,可促使纸纤维之间形成交联网络,当两性聚丙烯酰胺用量越大时,这种交联网络就越致密,其抗张指数、撕裂指数及耐破指数等干强度。

文章编辑:新乡市京华净水材料有限公司

文章地址:http://www.hibonn.com/qnews/515.html

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