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高分子造紙助劑的應用、合成及發展

2006-08-04 14:06 來源：中華印刷包裝網責編：中華印刷包裝網

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小C專訪｜正博總經理范

小C專訪·煒岡股份董事

隨著現代造紙工業的發展，化學助劑愈來愈得到廣泛的應用。各種性能優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發展水平的重要依據。造紙助劑多為精細化學品，用量少、效果好。其主要作用是:改進紙的質量、賦予紙張特殊的性能，提高生產效率，降低生產成本，同時可有效地減輕環境污染。

　　1 高分子助劑在造紙上的應用

　　人工合成高分子助劑在造紙過程中應用范圍較廣，其中濕部化學助劑、表面施膠劑、涂布助劑的應用更多b助留助濾劑的典型代表為聚丙烯酞胺，在提高細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，但要求應用技術科學合理，有針對性。其加人位置、加人量、加人方式應當隨原料的種類、紙機類型、紙種、水質等的變化作適當調整。所以在重視開發優質高效助劑的同時要研究其在造紙上的應用技術;質量穩定可靠的助劑和針對性強的應用技術的結合，是用好各種化學助劑的關鍵。

　　2 高分子鏈的組成與抄紙關系

　　作為化學助劑的人工合成高分子鏈中的基團性質不同，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。通常，水溶性高分子鏈中所含的基團可分為陽離子型、非離子型、陰離子型和兩性型四大類。

　　這些有效官能團可以強烈吸附細微顆粒和纖維，在細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的方法有兩種，一是通過高分子反應使高分子鏈產生某種官能團，二是直接采用含有某種官能團的單體進行均聚或共聚.

　　3.1高分子反應法

　　目前，在造紙領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物。常用的方法有:

　　a.通過Mannich，C.反應獲得陽離子型產物;

　　b.通過霍夫曼反應獲得陽離子型產物;

　　C.通過水解反應獲得陰離子型產物。

　　以上各種方法使用歷史較長，在有關文獻中也有較多的報道。

　　3.2共聚法

　　高分子反應法引人特定官能團時，反應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，與其它反應物難以混合均勻，從而導致官能團在分子鏈中分布不均勻。為了使官能團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，這必然導致最終產品有效濃度低、渡寧性善。

　　基于上述情況，目前國際上造紙助劑的生產發展趨勢是采用共聚法。所謂的共聚法，是預先將兩種或兩種以上的單體混合，經引發而進行的聚合反應。在使用共聚法合成造紙助劑時，可以選擇含有特定官能團的陰離子或/和陽離子單體與非離子單體進行共聚，分別可以得到陰離子型、陽離子型及兩性型產物;通過調節單體比例，可以達到調節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，主要是控制反應溫度、引發劑添加量及合成時的單體濃度。通常反應溫度高則產物分子量低，引發劑添加量大則產物分子量也低，單體濃度高則產物分子量高。在選用溶液聚合等的合成方法時，更應注意體系中其它物質對聚合反應的影響。特別要注意反應鏈的位移。

　　5 合成方法及其發展

　　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，進一步反應的可能性變得越來越小。因此，縮合聚合所得到的產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合成高分子的反應方法。在造紙助劑的合成中，自由基為活性中心的加成聚合反應應用較多。傳統的自由基加聚反應的實施方法有四種。

　　(l)溶液聚合是單體、引發劑、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中，成為細小的微粒再進行聚合。

　　(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中進行的聚合方法。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。

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

　　傳統的合成方法，總是存在著一些問題，使得目前產品的主要形式局限于糊狀和粉末兩種形式。糊狀產品為了克服其粘度給操作及應用帶來的困難，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，同時又使得產物保質期變短。而粉末狀產物使用難以稀釋，很容易產生“魚眼”，既造成浪費又可能導致管路堵塞，給用戶生產帶來不便。近年來，發達國家的一些造紙助劑生產廠家采用共聚方法，在合成上采用比較新穎的手段，如日本文獻[s]中報道的分散聚合，開發生產出了有效濃度較高、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域的官能團的單體，而采用的分散聚合則突破了傳統的合成工藝。有文獻報道，一些產品在有效成分濃度在20%以上時，體系的流動性良好，粘度僅在數千至萬。

　　6 結語

　　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用。采用先進成熟的工藝合成方法和與之配套的設備，精確控制產品的分子量、分子鏈結構及電荷密度，使合成產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，加強在助劑應用技術方面的研究，尋求復配技術，以拓展其應用領域。

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