隨著造紙技術(shù)的進步，紙機車速不斷提高。為 了適應(yīng)生產(chǎn)效率的不斷提高，必須使用各種不同的 助劑以改善紙張質(zhì)量，尤其是紙張增強劑、打漿度 改進劑、助留劑等。目前這些助劑正被大量使用， 但必須提高其質(zhì)量以滿足目前對造紙質(zhì)量的要求。 與此同時，為保護生態(tài)環(huán)境，世界各地均嚴(yán)格限制 木材的砍伐，而人們對紙張的需求量卻不斷增加， 造成了原生木漿供應(yīng)的大量短缺，使用廢紙造紙則 可以有效地節(jié)省自然資源和能源消耗。此外，為降 低污染物排放量，造紙過程中大量采用白水封閉循 環(huán),使白水中的電導(dǎo)度越來越高，從而使得造紙助
劑失效嚴(yán)重。
在造紙過程中，陰離子、陽離子、兩性丙烯酰胺 聚合物干強劑被大量使用。陰離子型干強劑包括 丙烯酰胺和含有陰離子基團的烯基單體共聚物以 及部分水解的聚丙烯酰胺聚合物。陽離子型干強 劑包括丙烯酰胺和含有陽離子基團的烯基單體共 聚物。丙烯酰胺和烯基單體共聚物采用Hoffman改 性或Mannich改性的聚合物。兩性共聚物包括丙烯 酰胺、含有陰離子基團的烯基單體、含有陽離子基 團的烯基單體的三元共聚物且最好這些單體能夠 在預(yù)聚反應(yīng)初期加入進行反應(yīng)，丙烯酰胺和含有陰 離子單體的烯基單體的共聚物采用Hoffman改性或 Mannich改性的聚合物等[|]。
在丙烯酰胺的制造過程中，陰陽離子單體的引 人是為了提高干強劑在纖維上的留著率。聚合物 中的陰離子基團可以借助硫酸鋁的幫助來固定在 纖維上，陽離子基團可以自身留著在纖維上。但在 高電導(dǎo)條件下，這些陰陽離子基團在使用過程中受 電解質(zhì)的作用易失效，同時造紙工業(yè)中還涉及大量 的其他問題，例如:漿料質(zhì)量日益惡化、紙機車速不 斷提高、造紙過程中白水的雜質(zhì)不斷增加、白水的 pH值波動等。在這樣的應(yīng)用環(huán)境中，傳統(tǒng)的干強劑 易流失，助留率下降，且與體系中的過量雜質(zhì)結(jié)合， 失效嚴(yán)重，必須開發(fā)新型的干強劑以滿足造紙需 要。在借鑒相關(guān)國外專利的基礎(chǔ)上[2<，筆者采用 引入活性單體羥甲基丙烯酰胺、陽離子單體、交聯(lián) 單體合成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩性干強劑，并對其性能進
行了研究。
1實驗部分 1.1原料
丙烯酰胺(AM)、衣康酸（IA)、丙烯酰氧乙基三 甲基氣化銨（DAC)、羥甲基丙烯酰胺（H-AM)、二甲 基二烯丙基氣化銨（DMDAAC)、吊白塊（SFS)、交聯(lián) 劑（TAIC)、聚乙二醇、過硫酸銨引發(fā)劑。以上原料 均為分析純試劑。
1.2實驗設(shè)備
IKA電動攪拌機：功率90W,轉(zhuǎn)速60 ~ 2 000 r/min,型號RW20,廣州儀科實驗室技術(shù)有限公司； Brookfield旋轉(zhuǎn)式粘度計：型號DV II，測量范圍為 1 ~ 106 mPa • 8;耐破強度測試儀，型號DCP- NPY5600A(R)，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司； 抄片機、內(nèi)結(jié)合力測定儀、CSF游離度測定儀均為日 本熊谷理機有限公司產(chǎn)品。^
1.3實驗方法
1.3.1聚丙烯酰胺(PAM)的制備
在裝有攪拌器、溫度計和回流冷凝管、氮氣導(dǎo) 管的四口燒瓶中，將AM(50%水溶液，92.5m〇l% )、 IA( I. Omol% ) ,DAC(2. Omol% ) ,DMDAAC(3mol% ), H-AM(1.5mol% )、少量的TAIC、聚乙二醇和吊白塊 依次放入，然后采用磷酸調(diào)節(jié)混合液pH值至3.0, 此時混合液的聚合濃度為25%。在氮氣導(dǎo)人的條 件下將混合液加熱到50^后加人過硫酸銨（5%水 溶液)進行聚合，反應(yīng)劇烈放熱，然后將聚合物保溫 80尤反應(yīng)2.5 h后用水稀釋,加人穩(wěn)定劑后出料。
1.3.2TX>02電荷密度和紅外光譜的測定
1)電荷密度測定。將聚丙烯酰胺樣品配制成 質(zhì)量濃度〇. 1%的溶液，取20 ml的樣品溶液加人 Muteck顆粒滴定儀的滴定槽中，加入一定體積的蒸 餾水，再加人一定量的硫酸或NaOH溶液調(diào)節(jié)pH 值，用標(biāo)準(zhǔn)的聚乙烯醇硫酸鉀（PVSK)溶液進行滴 定，當(dāng)溶液的電勢變?yōu)榱銜r，到達終點。記錄滴定 儀上顯示的最終數(shù)值。
2)紅外光譜的測定。采用NICOL ET AVA TAR370紅外光譜儀測定IR譜圖，KBr壓片法制 #,4 000 - 400 cm-'o
1.3.3抄片
1)紙張抄造條件。定量：12〇g/Cm2;銅網(wǎng):40 目；白水pH值:6~7;壓榨:0.5 MPa，l min;干燥: 115*C，3 min〇
2)抄紙工序。將廢紙槳（組成:40%的美國廢 紙 AOCC+30% 歐廢 E0CC +30% 國廢 L0CC)加 入白水（電導(dǎo)為2 500 jts/cm)稀釋為3%的濃度，攪 拌速度為600 r/min，于1 min時加入槳料絕干量 1.0%的陽離子淀粉，于2 min時分別加人漿料絕干 量0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的1)«)2干強劑，2 min 20 s時加入漿料絕干量1.0%的硫酸鋁，4 min 時將漿料濃度稀釋為1. 〇%，4 min 15 s時停止攪拌 進行紙張抄造。
2結(jié)果與討論
2.1TX*02的分析 2.1.1理化指標(biāo)
1)外觀為無色粘性液體，可以與水以任意比例 互溶;pH值為3.5?5.5;固含量為（12 ±0.5) %; 粘度(25*C)為700?1 200 mPa _ S;離子型為兩性。
2)樣品指標(biāo)。pH值為4.65;固含量為 12.3%;粘度（25丈）為96〇11^，8;分子量為 86萬。
2.1.2TX*02的紅外光譜分析
由圖1知，3 344.1 cm_i為-⑶NH2的vNH2的 非對稱振動吸收峰;3 201.5 cnT1為-C0NH,的 vNH2的對稱伸縮振動吸收峰；1 657.4 cm—1為 -(：01«12的〃(；1()的對稱伸縮振動吸收峰；1 614.2 cnT1為-CONH^5NH2的彎曲振動吸收峰;1 453.5 為聚合物的8CH2的彎曲振動吸收峰;1 324.2 咖“為-C0NH^5c_n的彎曲振動吸收峰;1 120.9 cm — 1為聚合物vc_〇的振動吸收峰;789.4 cm'1為甲 基的彎曲振動吸收峰。
從紅外圖譜的分析結(jié)果來看，因為聚合物中丙 烯酰胺為主要成分，所以聚合物的紅外圖譜與純 PAM的非常接近，同時陰離子單體的-C00H和陽 離子間體的-C00 -均與-C0NH2的振動區(qū)域較 為接近，在聚合物的紅外圖譜上特征并不明顯。而 且含-C00H的單體和含C00基的單體用量均較 少，紅外僅能對官能團進行表征，并無法有效區(qū)別 其歸屬。同時紅外圖譜中沒有雙鍵特征峰的出現(xiàn)， 表明所有單體均已發(fā)生聚合。
2.1.3 TX>02的電荷密度
從圖2來看，隨著抄造體系中pH的變化，TX- 02 的電荷快速下降，但在中堿性條件下變化較小。 對于廢紙抄造體系，因廢紙中含有大量的填料，尤 其以碳酸鈣使用最多，故pH值多在中堿性域，TX- 02 穩(wěn)定的正電荷有利于其定著在陰性的纖維上。
2.2 TX>02在紙張增強方面的應(yīng)用
本文采用全廢紙為原料抄造箱板紙，而箱板紙 又是紙箱包裝的主要原料，因此耐破度是最重要、 最關(guān)鍵的指標(biāo)。而PAM是提高紙張耐破度的主流 化學(xué)品，因此本文主要研究了 PAM性能與紙張耐破 度以及與之相關(guān)性能之間的關(guān)系。此外，目前國內(nèi) 的紙廠競爭日益激烈，紙張抄造成本在紙廠經(jīng)營中 占有重要地位。因PAM為高價化學(xué)品，通常PAM 絕干用量低于絕干漿料添加M的1%，故本實驗從 實際出發(fā)，研究內(nèi)容中PAM用童不大于漿料添加量 的 1.2%〇
2.2.1TX*02對紙張強度的影響
從圖3來看，隨著干強劑TX>02用量的增加，紙 張的耐破指數(shù)不斷增加。這是因為TX*02粘度低且 具有活性基團，在高電導(dǎo)條件下仍可以有效地吸附 細小纖維，其中陽離子基團可以自身吸附于纖維 上，陰離子基團通過Al3+形成配位鍵定著于纖維 上，活性基團在干燥時可有效地與纖維發(fā)生交聯(lián)反 應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)狀的長鏈結(jié)構(gòu)可以同時貫穿若干個纖維和 填料顆粒，物理纏結(jié)和吸附能夠起到補強作用。干 增強劑往往也是纖維的高效分散劑，能使?jié){中纖維 分布更均勻，導(dǎo)致纖維間及纖維與干強劑間結(jié)合點 增加，從而提高干強度。
2.2.2TX*02對漿料濾水性能的影響
從圖4來看，隨著干強劑TX>02用量的增加，衆(zhòng) 料的游離度CSF先增加后下降，但仍高于未添加的 漿料。
這是因為：
1)帶正電荷的干強劑能夠降低纖維和填料的 表面電荷，使極性有所降低，水分子難以在纖維、填 料表面浸濕及定向排列；
2)能夠促使纖維和填料凝集，導(dǎo)致纖維和填料 的比表面積降低，形成大的聚集體，加速了脫水 作用；
3)干強劑TX*02本身具有一定的表面活性作 用，在纖維和填料吸附后可降低其表面張力，減少 接觸角，使水分子難以鋪展或浸濕,受應(yīng)力作用后 易脫離抄紙網(wǎng)部。
CSF變動的主要原因是：
1)漿料在抄造過程中受到大量剪切力，TX*02 用量增加易被破壞造成分子結(jié)構(gòu)受到破壞；
2)在髙電導(dǎo)體系中,PAM干強劑受到體系雜 質(zhì)的干擾和自身電荷的排斥作用，其留著率最高維 持在80%左右；
3)在稀釋過程中，因抄造體系中陽電荷過剩, 原先形成的干強劑纖維凝集體更易被破壞，使得上 網(wǎng)的漿料勻度逐漸增加。
2.2.3TX*02對填料助留效果的影響
2.2.4TX^02對紙張內(nèi)結(jié)合力的影響
從圖6來看，隨著干強劑TX>02用量的增加，紙
圖4 TX>02用最對CSF的影響 Fig, 4 The influence of TX-02 on CSF
從圖5來看，隨著干強劑TX42用量的增加，漿 料中的填料的助留率先增加后下降，但仍高于未添 加的漿料。這是因為TX>02通過膠體吸附和機械截 留，使?jié){料膠體懸浮液中疏水性的細小組分產(chǎn)生聚 集，留著在濕紙幅上，從而減少了白水中的細小纖 維和填料顆粒物，提高了紙漿的濾水性，減輕了污 染。但在高電導(dǎo)體系中,TC"〇2的離子基團會受到 破壞，利用率下降，雖然TX>02用量增加，但其受到 剪切力、電解質(zhì)、樹脂等多重作用，其對填料的助留 率是先上升而后下降。
張內(nèi)結(jié)合力不斷增加而后趨于平緩，這是因為干強 劑可有效地改善纖維間的化學(xué)結(jié)合力和接觸面積， 可與纖維和填料等結(jié)合形成硬聚體,改善紙張的勻 度,但是在高電導(dǎo)體系中，受電解質(zhì)和膠粘物、樹 脂、填料等的共同作用，T)U)2最高利用率在80%左 右，用量增加的同時其流失也會增加，因此紙張中 填料的助留率提高會達到極限值，使得內(nèi)結(jié)合力的 增加逐漸趨于平緩。