两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用:
两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用,研究了两性聚丙烯酖按的合成、结杓和性能。这种两性聚丙烯既按和纸纤维能够通过离子键和 配位络合结合，形成较均一的交联网络，使纸张千强度明显增加,是一种新型和优异的纸张千保剂。 关键词两性聚丙烯醜胺，纸张增强,干强剂
目前纸张生产多用草类原料，纤维短、强度不高，必须加入增强剂以提高纸张强度。湿强剂 主要有聚乙稀亚胺、三聚氨胺缩甲醛树脂和聚醜胺等，干强剂则以阳离子淀粉-树脂改性淀粉 为代表。近年来聚丙烯酰胺作为干强剂倍受重视[1~3]，其应用效果优于改性淀粉。两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用,但造纸业所 用的聚丙烯酰胺，以阳离子、非离子和阴离子型居多，两性离子型的聚丙烯酰胺则鲜有报导w。 而后者在国外已投产，有数种牌号的产品问世。因此我们根据有关文献[5,6]，并在研制成功两性 丙烯酸水溶性高分子[7]的基础上，研究了两性聚丙烯酰胺的合成、结构表征、性能和增强机理 等，得到了理想的结果。
1实验部分 1.1原料
丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸、引发剂过硫酸钾、分子量调节剂、阳离子化试剂等，均为化学 纯。
1-2合成
在装有冷凝和搅拌装置的三颈瓶中，加入去离子水和分子量调节剂，升温至8(TC时，分别 滴加引发剂和单体溶液，引发剂在单体之后加完，聚合反应约2 h。然后降温至7(TC左右，加入 阳离子化试剂，反应1 h。最后调pH值为6左右，然后冷却出料即得产品，命名为AAR型两性 聚丙烯酰胺增强剂。
1.3检测手段
1.3.1 pH值:以酸度计测定。
1. 3. 2粘度:以NLU旋转粘度仪测定。
1.3.3电导率:仪器为DDS-12A型电导仪。
1. 3. 4 DSC谱:美国Perkin-Elmer公司的DSC- 11型示差扫描量热仪测定，两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用,样品约3 mg，升温 速率 lCTC/min。
1. 3. 5 1R谱:kBr压片，日本岛津丨R-44〇型红外光谱仪测定9
1. 3. 8 美国Water ALC/GPC 244型液相色谱仪。柱子为M Bondagel Linear,流动相为水, 校正标样为前聚糖。
2结果与讨论
2.1理化指标
外观呈淡黄色透明粘液，粘度4. 5 Pa«s,pH值5. 5〜6. 0,含固量15%。离子性:两性，稳定 性:室温贮存半年以上不凝胶。
2.2分子置
用作纸张增强剂的树脂，其分子量不能太高或太低，应介于絮凝剂和分散剂之间^。我们 的解释为，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Al3+等金属离子.f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，同样达不到理想的增强效果。故我们根据分子设 计和自由基共聚合原理，将两性聚丙烯酰胺的分子量控制在25万左右。
2. 3 IR i普
样品的IR谱如Rg. 1所示。由图可知3400 cnr1 宽峰，为一COOH、一CONH_、_CONH2 的 伸缩振动峰(CT〇H和0^K); 1670 cm_1强峰为一 CONH—和_CONH2中的羰基吸收峰ac〇;1610 cnr1和1560 cm-1处显示有单取代酰胺的特征 吸收峰。
2. 4粘度随PH值的变化
样品的pH值对粘度影响很大(见Fig. 2)。 pH值太低，高聚物溶解性差，分子链卷曲，粘度 很小;pH值为6左右时，分子链所带电性最小，
pH
Fig. 2 Effect of pH value on the viscosity of AAR-5
最为舒展，粘滞阻力很大，粘度达到峰值;随pH 值继续增加，分子链侧基变为负电性，粘度略有 降低;然后随着PH值增加，体系变为碱性，将 发生一CONH2 和一CN基水解，形成更多_
COONa，分子极性增加，链间相互作用增强，粘度又有所提高，
2.5 pH值对电导率的影响
根据两性聚丙烯酰胺的结构特点，其电性随PH值发生改变，这明显地反映在电导率和PH 值关系曲线(Fig. 3)的变化上。当pH值达到5. 9时，电导率为最低，说明此时为等电点,正负电 性相等;低于此值则分子呈正电性，反之则呈负 电性，电导率皆有升高的趋势。雛pH值在7. 5之后，电导率随pH值的变大而又发生降低。 我们认为这是因为此时开始发生水解，分子链 间相互作用增强，分子链运动变得困难，两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用,所以虽 然分子链负电荷增加，但朝正极运动时，粘滞阻 力变大，故电导率呈降低趋势。
根据以上结果和分析，我们合成的AAR-5 型聚丙烯酰胺确实具有两性特征，其分子链结 构可表示为
—CH2CH>,—^CH2—CH>m—■fCH2—CH>„—^CH2—CH>0
(XXDHOSfCONH2CONHRNH2
2.8应用效果
2. 6. 1实验方法:咸阳麦草裝、Soda-AQ法抄纸;设备为15 L回转式电热蒸煮锅、23 L实验室 用Valley打衆机、ZBT型纸样抄取器、纸张强度系列测定仪，参照国家标准方法测定，结果列于 Tab. 1。
Tab. 1 Effect of AAR resin on the properties of paper from wheat shaw polp
Sample
Vo.Dosage
(.%)Tensile strength (break long)Rupture resistance strengrhl
00U^tta
(%)
TD
(M)TW
(M)Re
(%)Ri (dry)Tt)
(kPam2/g)TW
(kPam2/g)Re
{%)Hi (dry)
(%)
AAR-40. 022562823. 202.621. 020. 2524.52.9417. 5316. 26
0. 062602993. 804.111. U0. 2622.813.1618. 0316.35
0.102735893. 258. 781. 140. 2421. 0513.1620. 0016.36
0.152919862.9215.261. 400. 1913.5729.2915.2016.48
AAR-50. 022645823. 105. 671. 090. 2119. 279.1717.6616.01
0. 062707933. W7. 831.160.2218.97H. 6618. 9216.30
0.102852993. 4712. 521.290. 2015. 5023. 2618. 4317.16
0.152980993. 3216.281. 300. 22i6. 9223. 8518.4517.28
Blank0.002495702.810.990.188.1818.0015. 84
T〇： dry strength^ TW； wet strength? Re-, retention； /&： reduced increase； water filter time? tiWh ： ash content of formed paper.
AAR-4和AAR-5均为两性聚丙烯醜胺，只是单体配比略有不同。与空白样品相比，AAR 增强剂均具有较好的增强效果。根据拉仲强度测定结果，当用量为〇. 15%时，纸张干强度可提 高15. 26%(AAR-4)和16..28%(AAR-5)。根据耐破强度测定结果，则纸张干强度可提高29. 29%(AAR-4)和23. 85%(AAR-5)。但从滤水性看来，AAR树脂的加入对滤水时间影响很小。 两性聚丙烯酰胺纸张增强剂的合成和应用,另外可以看出，AAR主要是干强剂，对湿增强作用不大。
2. 6. 2增强机理:分别将空白纸样和加入0. 15%AAR-5的纸样进行DSC试验，得到Fig」。由 Fig. 4可以看出，当温度从35〜15CTC变化时，两神纸样均出现一很宽的熔融吸热峰，但是，加 入AAR-5的纸样，其吸热峰面积要大一些，热焓为169. 24 J/g，而空白纸样的热焓则为161. 23 J/g。上述结果说明，AAR-5必然与纤维分子发生了某种化学或物理结合作用，使纤维分子链运 动时或纤维结晶区解离时，要克服这种附加的结合力，故热焓增加。根据化学反应原理，我们认
为两性聚丙烯酰胺的增强机理是:其中阳离子 基可以直接和纤维素负电荷形成离子键，阴离 子则可以通过配位络合与体系中Ai3+结合同 时和纤维形成配位键。如Al3+浓度过高，则阴 离子可以吸附部分Al3+，促进阳离子基和纤维 负电荷的有效结合。通过上述作用，便形成纤维 素聚丙烯酰胺交联网络，当受到应力作用时，可 将应力通过交联链传递和分散，防止局部应力 集中导致化学键断裂，从而引起的纸张破坏。
本文推荐企业：山东东达聚合物有限公司（http://www.sdpamchina.com/)，是专业的阴离子聚丙烯酰胺，阳离子聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺生产厂家，专业生产聚丙烯酰胺,阴离子聚丙烯酰胺,阳离子聚丙烯酰胺,非离子聚丙烯酰胺。拥有雄厚的技术力量，先进的生产工艺和设备。东达聚合物有限公司全体员工为海内外用户提供高技术,高性能，高质量的聚丙烯酰胺产品。专业聚丙烯酰胺生产厂家：山东东达聚合物有限公司热忱欢迎国内外广大客户合作共赢。