利用废纸进行造纸可以使植物纤维资源得到回 收利用，纳米级两性聚丙烯酰胺造纸助剂的合成及其性能研究,并减轻直接利用植物原料进行制浆给环境 造成的严重污染，但由于废纸中的纤维经过多次打 浆回用后纤维变短，细小纤维的量大大増加，废水回 用过程中累积的DCS造成湿部失控使得纤维的留 着率降低，细小纤维进入废水系统后，使得废水物化 处理产生大量的造纸沉渣污泥11]，其组成比例为: 纤维占64%,细小无机填料占22%,其它无机组分 占14%。如果将这些沉渣作为造纸原料回用于生 产，则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，同时消除传统废水 处理技术产生的沉渣造成的二次污染|2-'实现造 纸行业节能减排的目的。但回用的细小纤维的物理 性能和结构都发生了一定的损伤，在回用过程中容 易流失，从而使纤维的留着率和滤水性能变差，同时 沉渣中存在有一定的阴离子杂质，这些均会以多种 方式影响纸页的抄造及成纸性能。

针对沉渣中纤维阴、阳离子需求量大，细小组分 含量高的特点，本研究采用反相微乳液共聚合的方 法合成了纳米级AmPAM两性聚丙烯酰胺纳米材 料在纸浆中很容易分散且稳定性好，纳米助剂与纤 维紧密连接，増加了纤维间的结合，并填平纤维间凹 凸不平的缺陷，且能在纤维周围絮聚配料中的细小 组分，从而改善浆料组织结构和降低细小组分流失， 对改善纸机的运行和纸张匀度，降低浆内添加物用

量，均可产生显著的效果。低于普通粒子级Am- PAM的添加量，即可使沉渣中的纤维留着、滤水性 能、纤维本身性质、结构及其成纸性能均能得到很好 的改善。纳米级两性聚丙烯酰胺造纸助剂的合成及其性能研究,这对于降低沉渣中纤维的回收成本应用 于工业生产具有重要的意义。

1实验

1. 1 AmPAM的合成 1. 1. 1实验药品及仪器

丙烯酰胺（AM)顺丁烯二酸（MA);二甲基二 烯丙基氯化铵（DMDAAC)异辛

烷;过二硫酸钾（K SO )亚硫酸氢钠（NHSO ) 正丁醇;氨水;对苯二酚;高纯氮;去离子水。

恒速搅拌器；乌式黏度计，内径为0 57mm恒 温水浴锅;真空干燥箱;循环式真空泵;分析天平;有 机合成仪器;超声波清洗机;秒表；温度计；FT— R 光谱仪，1Pact420型，美国Ni〇let公司制造;激光 纳米粒度分析仪，^一920型，日本H〇iba公司制 造;滴液漏斗;格兰仕微波炉。

1. 1. 2 AmPAM的合成

将所有玻璃仪器用去离子水洗涤、烘干，安装好 仪器，水浴锅开始升温。在带有搅伴器、温度计、回 流冷凝管、通氮管的四口圆底烧瓶中加入异辛烷、正 丁醇和复合乳化剂（m(SPa80) :m(TWeen50)=34 :66之前己充分乳化好）然后开始搅拌，搅拌速度

为30〇r/mn同时通入氮气，持续2〇mn吏之充分混 合。在烧杯中将MMA和DMDAAC单体用适量 蒸馏水配置成40%浓度液体，用氨水调节PH值待 用，并在单体水溶液中加入所需量的还原剂亚硫酸 氢钠。将烧杯中的溶液加入到滴液漏斗中，并由其 滴加到四口烧瓶中，控制时间约2〇min商加完。加 热至引发温度时另外加入所需量的氧化剂过硫酸 钾，照样在3〇mn左右滴加完，并在N的保护下引 发聚合。温度控制在一定范围内，待其充分反应后， 停止加热、N及搅拌，出料。其中一半微乳液加入 一定量的阻聚剂对苯二酚保存，直接用于粒径分析， 另一半微乳液倒入过量甲醇中破乳沉淀，过滤，用丙 酮洗涤3次，然后将白色沉淀物烘干，得到产物密封 保存。

1. 2造纸实验过程 1. 2 1实验药品及仪器

〇C废纸浆、OC废纸造纸废水一级物化处理 沉渣:取自东莞某OCC废纸造纸厂；标准浆样疏解 器;马弗炉；肖伯尔式打浆度测定仪；FankRPid K〇hn抄片器；™撕裂度测定仪；I&W —180耐破 度测定仪；I&W TH — 1抗张强度测定仪；n t〇n565环压强度仪。

1. 2 2抄片

在标准纤维疏解机内把纸浆按2%的浓度疏解 (4000 r依次加入0 8%分散松香胶、2%硫酸铝和 25%滑石粉海加一种搅1000 r 2%的浆浓下用硫 酸调节值为6 0两性聚丙烯酞胺在上网成形前 5m n内加入(搅1000 r然后在抄片器上抄片，干燥 成纸片。

1. 3纸片物性按《造纸工业测试方法标准汇编》 (1990)所规定的要求测定。

1. 4填料留着率的测定

1. 4 1纤维灰份C按GB742—79测定。

1. 4 2纸料灰份B将被测纸料用定量滤纸过滤后 或直接在105°C烘箱中烘干至恒重，TAFP胺标准 T4130m-80测定（900°C )

1. 4 3滑石粉灼烧减量D纸页灰份A的测定方法 与纸料灰份的测定方法相同。

1. 4 4填料留着率的计算171如下式：t=Q94(A— C)X (1 —B—DV(B-C)X (1—A—D)

2结果与讨论

2 1理化指标

聚合产物呈白色粉末状，黏度101. 44mL/g含

固量98%。离子性:两性，稳定性:室温密封贮存半 年以上不团聚。

2 2分子量

用作纸张増强剂的树脂，其分子量不能太高或 太低，应介于絮凝剂和分散剂之间|81。分子量太 高，分子链将发生缠结，分子间力很大，这样难以和 纤维分子链形成充分有效的结合，一旦遇到Al等 金属离子，首先发生絮凝。分子量太低，虽然流动 性、分散性均好，但和纤维结合活性点少，难以形成 均一网络，同样达不到理想的増强效果[91。故我们 根据分子设计和自由基共聚合原理，将两性聚丙烯 酸胺的分子量控制在25万左右。本次试验所添加 两性聚丙烯酰胺共聚物产品的分子量为25 82万。 23共聚物的结构分析

收峰，3200 m-处对应酰胺基的一 NH伸缩振动吸 收峰，2930™^处对应化学键N+(CH)结构中甲 基的特征吸收峰，1670 m-对应C=O酰胺I带特 征峰，1450™^处的吸收峰为阳离子单体CHN+化 学键中亚甲基的弯曲振动吸收峰，1200 cT1处对应 O- H面内弯曲振动峰。三种单体单元的特征吸收 峰均出现，表明该共聚物是由这三种单体单元组成 的。

24共聚物的粒径分布

由图2可看出，共聚体系中各种粒子的平均粒 径为97. 00nm这些粒子主要分布在4个区域:第 一区域粒径在50 ni以下，占52%,是由乳化剂分子 组成的胶束；第二区域粒径为50 ~ 100nm占 19. 65%,是由单体和乳化剂分子组成的单体微珠; 第三区域粒径为100 ~200«1占7. 05%,为一种单 体和过量乳化剂形成的大粒子；第四区域粒径为 200nm以上，占21. 3%,由于体系中水相体积较小，

由图3可知，由于OCC废纸造纸沉渣细小纤维组分 远远高于OCC废纸浆，随着沉渣回用比例的增加， 浆料的滤性能成线性下降，所以其回用比例不宜太 大，否则会使浆料滤水时间过长而影响纸页抄造。

2 1 1.2沉渣回用比例对混合浆料强度、留着性能 的影响

表1沉渣回用比例对成纸性能的影响

回用比例

/%定量

/g。m-2撕裂指数

/mNm。gi耐破指数抗张指数

/Nmg1

0123 751 141 3118 05

10103 31 021 1917 01

20100.70 951 0815 96

3097 650 901 0315 02

4089 350 840 9614 53

5088 050 790 9113 94

注:上述抄片过程中未添加任何助剂

由表1可知，随着沉渣回用比例的增加，纸张的 定量逐渐下降，纸张的撕裂指数、耐破指数和抗张指 数也逐渐下降。这是因为随着沉渣回用比例的增 大，细小纤维流失率逐渐增加，并且由于所添加的沉 渣组分复杂，影响纸页匀度，从导致强度有所下降。 综合考虑，沉渣回用比例为20%时较好，这时由于 沉渣回用对成纸性能造成的影响在可控范围内，可 以通过添加实验室合成的助剂来提高纸页性能，纳米级两性聚丙烯酰胺造纸助剂的合成及其性能研究,同 时也可最大限度的回收利用造纸沉渣。

2 1 2两性聚丙烯酰胺用量的影响 2 1 2 1两性聚丙烯酰胺用量对混合浆料强度、留 着性能的影响。 

表2两性聚丙烯酰胺用量对成纸性能的影响

加药量

/%定量

/g。m-2撕裂指数 /mN。m2。g—1耐破指数

/kpa。m2。t1抗张指数

/N。m。t1环压指数

/N。m。^1填料留着率

/%

0124 81 051 1716 084 8578 97

0 2129 351 061 2216 725 0179 03

0 4138 851 021 2617 015 5783 26

0 6141. 551 051 3817 636 0885 07

0 8145 151 061 3817 845 9685 30

1 0147 351 031 2717 505 4587 11

由表2可知，随着聚丙烯酰胺用量的增加，纸张增加后减小。这是因为聚丙烯酰胺用量太大时，影

的定量和填料留着率也在增加，撕裂指数的变化不响纸页匀度，从而导致强度有所下降。综合考虑，两

明显，而纸张的耐破指数、抗张指数和环压指数则先性聚丙烯酰胺用量为0 8%时较好，这时细小纤维

52 

的留着率较高，纸张各方面的性能也较好。

253几种常用聚丙烯酰胺类助剂应用效果的对 比

2 5 . 1几种常用聚丙烯酰胺类助剂对混合浆料 滤水性能的影响

图4为助剂用量都为0 8%时所测得的打浆

度，由图可知，阴离子1據丙烯酰胺、商品两性聚丙 烯酰胺以及实验室自制纳米级聚丙烯酰胺都具有良 好的助滤性能。

2 5 . 2几种常用聚丙烯酰胺类助剂对混合浆料 强度、留着性能的影响

 

图4不同助剂对混合浆样助滤性能的对比 几种常用聚丙烯酰胺类助剂对成纸性能影响的对比

表3

序号定量

/g。m-2撕裂指数 /mN° m2 • g—耐破指数

/kPa。m2 • g抗张指数

/N。m。口环压指数

/N。m。口填料留着率

/%

空白124 81 .051.1716 084 8578 97

阴离子1#140. 51 .050 9914 885 8697 37

阴离子2#1531.171 0112 094 4098 9

阳离子1#131.251.181 0716 155 5686 75

阳离子2#138 31.161 0415 185 8090 46

非离子138.850.951 0415 775 7482 86

商品两性145 71.100 8514 215 1889 47

实验室自制145.151 .061 3817 845 9685 30

 

从表3可以看出，阳离子1#AM与实验室自制 两性PAM的增强效果具有良好的优势。与其它几 种聚丙烯酰胺类助剂比较，实验室自制两性PAM在 提高纸张强度方面具有很好的效果，尤其是在提高 纸张抗张强度方面显现出明显优势。

3结论

(1采用反相微乳液法合成两性聚丙烯酰胺，白 色粉末状，纳米级两性聚丙烯酰胺造纸助剂的合成及其性能研究,含固量98%，黏度101. 44mL/g分子量 25. 82万，聚合物体系中各种粒子的平均粒径为 97 00 nm

(2沉渣回收利用比例为20%时，在沉渣与OCC 废纸浆混合浆料中加入实验室自制的纳米级两性聚 丙烯酰胺助剂，在加入量为0 8%时，其助留、助滤 及增强效果为最好，纸页定量提高了 16. 31%，耐破 指数提高了 17 95%，抗张指数提高了 10 95%，环 压指数提高了 22 89%,填料留着率提高了 8 02%。

(3在加量相同情况下，同目前市场聚丙烯酰胺 类造纸助剂相比，实验室自制的纳米级两性聚丙烯 酰胺有较好的助留、助滤和增强效果。