助留劑在造紙工業中有著重要的地位，它可以 通過改變造紙漿料的絮凝狀態來提高細小纖維及填 料等的留著率，從而達到減少纖維和填料的流失以 及降低污染負荷的結果。隨著抄紙機的高速化、大 型化以及對產品質量更高的要求，必須使用與之相 對應的新的高效助留系統和助留技術以保證造紙 工業的迅速發展。作為紙機濕部化學添加劑，不同 離子類型的聚丙烯酰胺及其接枝共聚產物是具有代 表性的造紙助留劑之一。

聚丙烯酰胺是水溶性的有機高分子化合物，主 鏈上有活潑的酰胺基和雙鍵。采用不同的聚合工 藝，引入不同的官能團，可得到不同分子量和不同電 荷密度的聚丙烯酰胺系列產品，是化學性質非常活 潑、應用廣泛的多功能高分子化合物。聚丙烯酰胺 作為造紙助劑，應用非常廣泛。根據分子量的不同， 聚丙烯酰胺在造紙工業中可用作干強劑、助留劑、助 濾劑和絮凝劑等。

在造紙中作為助留助濾劑時，其作用機理是漿 料中的顆粒靠電中和或架橋作用而絮凝，并保留在 濾布上;絮塊的形成也能使漿料中的水更易濾出，減 少纖維的流失量和對環境的污染，而且也有利于提 高過濾和沉淀等設備的效率。一般用作助留助濾作 用的PAM多為陽離子型。

隨著人類科學技術的進步，陽離子的使用越來 越廣泛，由以前的單獨使用，逐步發展為與陰離子聚 電解質組成二元助留助濾系統，以及與特殊性顏料 組成聚合物微粒助留助濾系統。

1陽離子聚丙烯酰胺一元助留體系高分子量低電荷密度的陽離子聚丙烯酰胺在造 紙中是最常用的助留劑之一。CPAM的分子量有 高、中、低三種，它們所帶的電荷密度也隨之有高、 中、低之分。分子量和電荷密度是影響助留助濾效 果的主要因素，一般用中高分子量和中等陽離子度 的CPAM。分子量太大或電荷密度過高容易引起 絮凝太大，導致紙頁勻度下降，強度變差。CPAM 用作助留劑可使紙張的灰分填料保留率有所提高， 紙機各部的真空度真空吸水箱總真空度、伏輥真空 度、真空壓榨真空度也有不同程度的下降。因為 CPAM所帶電荷與纖維所帶的電荷相反，可以起到 很好的絮凝作用，且不受漿料pH值的限制。利用 填料表面的負電性，用陽離子高分子聚電解質對其 進行陽離子化，以増加填料顆粒與紙漿纖維和細小 纖維的吸附，從而提高填料的單程留著率，并減少白 水中的填料含量，減少流失從而降低成本，還可以降 低漿料上網的濃度和灰分，延長成形網的壽命，并且 紙頁的平滑度和不透明度可以得到改善111。

CPAM的加入量要根據實際情況而定，陽離子聚丙烯酰胺作為助留助濾劑在造紙中的應用，加入 CPAM量越高，紙料在網上凝聚越嚴重。另外，加入 CPAM后網上脫水加快，用量過多時，導致水線出現 在水印輥之前。用量過多，細小纖維填料在紙中増加 會導致紙張強度下降，一般來說CPAM的用量在0. 01%~1%之間。同時CPAM與紙料的接觸時間對 濾水性與留著性也有很大的影響。試驗表明，添加的 CPAM與漿料接觸時間很短時，可實現高留著率和高 濾水速率2。這可能是因為大量的CPAM與漿料接 觸時細小纖維在纖維層形成前己絮凝在紙料懸浮液 中的長纖維上。CPAM的絮凝能増加纖維層的可壓 縮性，產生更為敞開的紙頁結構，從而更易脫水，所以 

陽離子聚丙烯酰胺作為助留助濾劑在造紙中的應用 

CPAM的加入一般選在流漿箱之前。

但單獨使用CPAM作助留劑時，容易產生勻度 變差、強度下降的缺點，于是人們考慮用二元助留助 濾系統和CPAM微粒系統，在提高助留助濾性能的 條件下，改善成形勻度和紙張強度。

2陰陽離子聚丙烯酰胺二元助留體系131

這種助留系統利用低分子量、高電荷密度的 CPAM和高分子量、低電荷密度的陰離子聚合物配 合使用，在紙機的上漿系統，先加入中等分子量的 陽離子聚丙烯酰胺，然后添加高分子量陰離子聚丙 烯酰胺，使體系產生“硬性絮團”助留效果。其助留 機理是:首先，陽離子聚合物CPAM以覆蓋在纖維 表面形成陽電荷補丁，陽電荷補丁為陰離子提供固 著點，然后高分子量的陰離子聚合物與補丁結合，但 分子鏈的其余部分受正電荷補丁周圍的負電排斥， 迫使陰離子聚合物伸至周圍的水中，促使其吸附到 另一粒子表面的陽電荷補丁上，起到橋聯作用，將兩 粒子結合到一起。二元助留助濾系統的助濾機理是 運用聚合物使細小組分纏繞而產生大的纖維絮凝 團，増大的紙頁孔隙度，使水和空氣能更自由地通過 紙幅，促使水從絮凝體之間被脫去，但是絮凝體內的 水不能脫去。

3 CPAM/微粒助留助濾系統

這種新型聚合物微粒助留助濾體系是先向漿內添 加高分子陽離子聚合物，其通過橋聯與紙漿纖維等形 成較大的絮凝體這些絮凝體經強烈剪切作用后離解 成較小的絮凝體。繼之添加活性比表面積非常大、帶 高密度負電荷的特殊無機顏料粒子這些微粒子物質 與絮凝體結合形成高密度、易失水的微絮凝體從而 具有留著率高、成形和濾水性好的綜合效果。該系統 能產生非常有利于助留和改善紙頁勻度的絮凝作用。 助留技術的最近發展是微粒與聚合物聯合作用的體 系20世紀80年代發展的有Hydrocoll系統和com- pozil系統，Hydiocoll系統是利用高分子的CPAM與 改性膨潤土，形成復式控制系統11。rompozil系統主要 是利用淀粉與膠體二氧化硅組成復合助留體系。這種 微粒系統的作用機理目前普遍認為是將陽離子聚合物 添加至系統內的大剪切位置，在此處與以往使用的助 留劑一樣，通過交聯功能造成大的凝聚體并通過混合 漿泵和網前箱那樣的大剪切力裝置再均勻地分散成 小凝聚體而且給纖維表面帶來適量的陽離子電荷。 然后通過使用具有很大表面積的帶負電荷粒子，使小 而密集的凝聚體引起粒子凝聚，從而連接成網狀。這 一凝聚功能與通常的交聯功能相比可制得更小、更均 勻的凝聚物。微粒的最后添加，充當著不同粒子間的 “搭橋’作用。以往的雙元聚合物系統是由聚合物的鏈 完成‘搭橋”因此凝聚體一旦分散，則橋必然毀壞，故 得不到可逆性的凝聚體。不添加微粒時，紙漿纖維有 可能帶有正電荷，這些正電荷是在預處理時所剩余的。 陽離子聚丙烯酰胺作為助留助濾劑在造紙中的應用，通過添加帶負電荷的微粒可解決這種電荷的不平衡， 從而形成更牢固、更緊密的絮凝物。同時，因該系統中 有大量的細小的絮凝體在陰離子周圍，這些絮凝體不 能保留水，從而使絮凝體內的水也被脫去，因此増加了 自由濾水，這一點比二元助留助濾系統先進4。

聚合物微粒助留體系中助留助濾機理以及通過 控制電位優化聚合物或聚合物微粒的絮凝和濾水效 果如表1。

表1各種助留助濾系統的絮聚效果和濾水性能的比較

序號助劑絮聚效果/%濾水效果/%

1APMP0-14

2DADMAC+APAM+ 5-15

3膨潤土 + APMP+ 10

4DADMAC+ 膨潤土+ APMP+ 8-15

5CPAM+ 5+ 7

6DADMAC+CPAM+ 6+ 4

7CPAM +膨潤土+ 7+ 1

8DADMAC+ CPAM + 膨潤土+ 8+ 19

9A PM P+ 1-7

10鋁鹽+ APMP+ 5+ 38

11DADMAC + APMP+ 3+ 22

12膨潤土 + APMP+ 3+ 19

13鋁鹽+膨潤土 + APMP+ 4+ 37

14DADMAC+ 膨潤土+ APMP+ 4+ 28

15DADMAC+ APMP+ 膨潤土+ 6+ 65

16C PA M+ 1+ 23

17鋁鹽+ CPAM+ 4+ 43

18DADMAC+CPAM+ 3+ 42

19CPAM +膨潤土+ 4+ 29

20鋁鹽+CPAM+膨潤土+ 7+ 50

CPAM微粒系統因其卓越的性能己被廣泛使 用，陽離子聚丙烯酰胺作為助留助濾劑在造紙中的應用，作為優質的造紙助留助濾劑己經在全世界得到 了廣泛的應用，人們正在對這種系統進行改性研究， 使其能達到更好的效果。

4結語

陽離子聚丙烯酰胺以及各種改性的種類由于其 高效的絮凝作用，在造紙中逐漸得到廣泛的應用，被 認為是最重要的合成高分子助劑。由此可見，陽離 子聚丙烯酰胺在造紙中的應用相當（下轉第34頁) 采用水作為反應介質，使通常難溶或不溶的物質溶 解在高于水沸點的反應溫度下，反應物進行化學反 應、成核結晶和晶體生長的一種方法1121。呂慶榮等 人將FeCl3。6H2O 2mmol和尿素6mmol溶解于 25mL乙二醇中，再加入少量的PVP,將溶液倒入四 氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封，加熱到 220 °C，保溫不同時間后自然冷卻到室溫，用無水乙 醇和去離子水清洗，然后置于干燥箱中50 °C保持 20h 得到 Fe3〇41131。

2.2.2 YFe2〇3 的制備

自然界中的Fe〇3的同質多象變種己知有兩 種，即a Fe2〇3和Y Fe〇3。前者在自然條件下穩 定，稱為赤鐵礦;后者在自然條件下不如前者穩定， 處于亞穩定狀態，稱之為磁赤鐵礦，磁赤鐵礦主要是 磁鐵礦在氧化條件下經次生變化作用形成。Y Fe2〇3為納米粒子，它因為在磁性、催化、氣敏、生物 醫學等領域的廣泛應用而備受關注。YFe2〇3可通 過固相法、氣相法-激光加熱法、液相法（化學沉淀 法、空氣氧化法、溶膠-凝膠法、微乳液法、電化學法） 等方法來制得。

2.2.3 CoFe〇4 的制備

鐵酸鈷是性能優良的磁性材料，具有較強的磁 各向異性，較高的矯頑力、適中的磁飽和強度、顯著 的化學穩定性及機械強度，己被廣泛應用于催化劑、 磁記錄材料、鐵流體等領域。此外，由于其在微波頻 段C波段和Ku波段可以保持高的復磁導率實部和 虛咅卩，可以用作微波吸收材料。CoFe2〇4納米顆粒 具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量 子隧道效應等，同時由于與磁相關的特征物理長度 恰好處于1到100納米的納米量級，其多種電磁特 性或物理特性即發生變化。陽離子聚丙烯酰胺作為助留助濾劑在造紙中的應用，目前制備CoFe2〇4納 米磁性材料的方法主要有高能機械研磨法、自蔓延 燃燒合成法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法、微乳 液法等。其中，水熱法具有方法簡單、所需溫度低、 易通過改變反應條件控制產物粒徑大小和分布、減 少或避免團聚、產物純度高且無需高溫燃燒等優點， 從而成為制備納米磁性材料最具潛力的方法之

一丨14

3磁性防偽紙的應用前景

磁性紙己在許多方面得到了很好的應用，比如 在農業上用作磁性保鮮包裝薄膜;在工業上用于地 鐵或輕軌及鐵路等的自動售票系統;用于磁性記錄 材料等。磁性防偽紙張的開發和廣泛應用，必將推 動防偽事業的發展，從而推動經濟的健康發展和維 護消費者的利益，所以說，磁性防偽紙有著廣泛的發 展空間和重大的研究意義。