利用廢紙進行造紙可以使植物纖維資源得到回 收利用，納米級兩性聚丙烯酰胺造紙助劑的合成及其性能研究,並減輕直接利用植物原料進行製漿給環境 造成的嚴重汙染，但由於廢紙中的纖維經過多次打 漿回用後纖維變短，細小纖維的量大大増加，廢水回 用過程中累積的DCS造成濕部失控使得纖維的留 著率降低，細小纖維進入廢水係統後，使得廢水物化 處理產生大量的造紙沉渣汙泥11]，其組成比例為: 纖維占64%,細小無機填料占22%,其它無機組分 占14%。如果將這些沉渣作為造紙原料回用於生 產，則可以減少原生植物纖維原料的使用量，實現造 紙廢水中汙染物的資源化利用，同時消除傳統廢水 處理技術產生的沉渣造成的二次汙染|2-'實現造 紙行業節能減排的目的。但回用的細小纖維的物理 性能和結構都發生了一定的損傷，在回用過程中容 易流失，從而使纖維的留著率和濾水性能變差，同時 沉渣中存在有一定的陰離子雜質，這些均會以多種 方式影響紙頁的抄造及成紙性能。

針對沉渣中纖維陰、陽離子需求量大，細小組分 含量高的特點，本研究采用反相微乳液共聚合的方 法合成了納米級AmPAM兩性聚丙烯酰胺納米材 料在紙漿中很容易分散且穩定性好，納米助劑與纖 維緊密連接，増加了纖維間的結合，並填平纖維間凹 凸不平的缺陷，且能在纖維周圍絮聚配料中的細小 組分，從而改善漿料組織結構和降低細小組分流失， 對改善紙機的運行和紙張勻度，降低漿內添加物用

量，均可產生顯著的效果。低於普通粒子級Am- PAM的添加量，即可使沉渣中的纖維留著、濾水性 能、纖維本身性質、結構及其成紙性能均能得到很好 的改善。納米級兩性聚丙烯酰胺造紙助劑的合成及其性能研究,這對於降低沉渣中纖維的回收成本應用 於工業生產具有重要的意義。

1實驗

1. 1 AmPAM的合成 1. 1. 1實驗藥品及儀器

丙烯酰胺（AM)順丁烯二酸（MA);二甲基二 烯丙基氯化銨（DMDAAC)異辛

烷;過二硫酸鉀（K SO )亞硫酸氫鈉（NHSO ) 正丁醇;氨水;對苯二酚;高純氮;去離子水。

恒速攪拌器；烏式黏度計，內徑為0 57mm恒 溫水浴鍋;真空幹燥箱;循環式真空泵;分析天平;有 機合成儀器;超聲波清洗機;秒表；溫度計；FT— R 光譜儀，1Pact420型，美國Ni〇let公司製造;激光 納米粒度分析儀，^一920型，日本H〇iba公司製 造;滴液漏鬥;格蘭仕微波爐。

1. 1. 2 AmPAM的合成

將所有玻璃儀器用去離子水洗滌、烘幹，安裝好 儀器，水浴鍋開始升溫。在帶有攪伴器、溫度計、回 流冷凝管、通氮管的四口圓底燒瓶中加入異辛烷、正 丁醇和複合乳化劑（m(SPa80) :m(TWeen50)=34 :66之前己充分乳化好）然後開始攪拌，攪拌速度

為30〇r/mn同時通入氮氣，持續2〇mn吏之充分混 合。在燒杯中將MMA和DMDAAC單體用適量 蒸餾水配置成40%濃度液體，用氨水調節PH值待 用，並在單體水溶液中加入所需量的還原劑亞硫酸 氫鈉。將燒杯中的溶液加入到滴液漏鬥中，並由其 滴加到四口燒瓶中，控製時間約2〇min商加完。加 熱至引發溫度時另外加入所需量的氧化劑過硫酸 鉀，照樣在3〇mn左右滴加完，並在N的保護下引 發聚合。溫度控製在一定範圍內，待其充分反應後， 停止加熱、N及攪拌，出料。其中一半微乳液加入 一定量的阻聚劑對苯二酚保存，直接用於粒徑分析， 另一半微乳液倒入過量甲醇中破乳沉澱，過濾，用丙 酮洗滌3次，然後將白色沉澱物烘幹，得到產物密封 保存。

1. 2造紙實驗過程 1. 2 1實驗藥品及儀器

〇C廢紙漿、OC廢紙造紙廢水一級物化處理 沉渣:取自東莞某OCC廢紙造紙廠；標準漿樣疏解 器;馬弗爐；肖伯爾式打漿度測定儀；FankRPid K〇hn抄片器；™撕裂度測定儀；I&W —180耐破 度測定儀；I&W TH — 1抗張強度測定儀；n t〇n565環壓強度儀。

1. 2 2抄片

在標準纖維疏解機內把紙漿按2%的濃度疏解 (4000 r依次加入0 8%分散鬆香膠、2%硫酸鋁和 25%滑石粉海加一種攪1000 r 2%的漿濃下用硫 酸調節值為6 0兩性聚丙烯酞胺在上網成形前 5m n內加入(攪1000 r然後在抄片器上抄片，幹燥 成紙片。

1. 3紙片物性按《造紙工業測試方法標準匯編》 (1990)所規定的要求測定。

1. 4填料留著率的測定

1. 4 1纖維灰份C按GB742—79測定。

1. 4 2紙料灰份B將被測紙料用定量濾紙過濾後 或直接在105°C烘箱中烘幹至恒重，TAFP胺標準 T4130m-80測定（900°C )

1. 4 3滑石粉灼燒減量D紙頁灰份A的測定方法 與紙料灰份的測定方法相同。

1. 4 4填料留著率的計算171如下式：t=Q94(A— C)X (1 —B—DV(B-C)X (1—A—D)

2結果與討論

2 1理化指標

聚合產物呈白色粉末狀，黏度101. 44mL/g含

固量98%。離子性:兩性，穩定性:室溫密封貯存半 年以上不團聚。

2 2分子量

用作紙張増強劑的樹脂，其分子量不能太高或 太低，應介於絮凝劑和分散劑之間|81。分子量太 高，分子鏈將發生纏結，分子間力很大，這樣難以和 纖維分子鏈形成充分有效的結合，一旦遇到Al等 金屬離子，首先發生絮凝。分子量太低，雖然流動 性、分散性均好，但和纖維結合活性點少，難以形成 均一網絡，同樣達不到理想的増強效果[91。故我們 根據分子設計和自由基共聚合原理，將兩性聚丙烯 酸胺的分子量控製在25萬左右。本次試驗所添加 兩性聚丙烯酰胺共聚物產品的分子量為25 82萬。 23共聚物的結構分析

收峰，3200 m-處對應酰胺基的一 NH伸縮振動吸 收峰，2930™^處對應化學鍵N+(CH)結構中甲 基的特征吸收峰，1670 m-對應C=O酰胺I帶特 征峰，1450™^處的吸收峰為陽離子單體CHN+化 學鍵中亞甲基的彎曲振動吸收峰，1200 cT1處對應 O- H麵內彎曲振動峰。三種單體單元的特征吸收 峰均出現，表明該共聚物是由這三種單體單元組成 的。

24共聚物的粒徑分布

由圖2可看出，共聚體係中各種粒子的平均粒 徑為97. 00nm這些粒子主要分布在4個區域:第 一區域粒徑在50 ni以下，占52%,是由乳化劑分子 組成的膠束；第二區域粒徑為50 ~ 100nm占 19. 65%,是由單體和乳化劑分子組成的單體微珠; 第三區域粒徑為100 ~200«1占7. 05%,為一種單 體和過量乳化劑形成的大粒子；第四區域粒徑為 200nm以上，占21. 3%,由於體係中水相體積較小，

由圖3可知，由於OCC廢紙造紙沉渣細小纖維組分 遠遠高於OCC廢紙漿，隨著沉渣回用比例的增加， 漿料的濾性能成線性下降，所以其回用比例不宜太 大，否則會使漿料濾水時間過長而影響紙頁抄造。

2 1 1.2沉渣回用比例對混合漿料強度、留著性能 的影響

表1沉渣回用比例對成紙性能的影響

回用比例

/%定量

/g。m-2撕裂指數

/mNm。gi耐破指數抗張指數

/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:上述抄片過程中未添加任何助劑

由表1可知，隨著沉渣回用比例的增加，紙張的 定量逐漸下降，紙張的撕裂指數、耐破指數和抗張指 數也逐漸下降。這是因為隨著沉渣回用比例的增 大，細小纖維流失率逐漸增加，並且由於所添加的沉 渣組分複雜，影響紙頁勻度，從導致強度有所下降。 綜合考慮，沉渣回用比例為20%時較好，這時由於 沉渣回用對成紙性能造成的影響在可控範圍內，可 以通過添加實驗室合成的助劑來提高紙頁性能，納米級兩性聚丙烯酰胺造紙助劑的合成及其性能研究,同 時也可最大限度的回收利用造紙沉渣。

2 1 2兩性聚丙烯酰胺用量的影響 2 1 2 1兩性聚丙烯酰胺用量對混合漿料強度、留 著性能的影響。 

表2兩性聚丙烯酰胺用量對成紙性能的影響

加藥量

/%定量

/g。m-2撕裂指數 /mN。m2。g—1耐破指數

/kpa。m2。t1抗張指數

/N。m。t1環壓指數

/N。m。^1填料留著率

/%

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，隨著聚丙烯酰胺用量的增加，紙張增加後減小。這是因為聚丙烯酰胺用量太大時，影

的定量和填料留著率也在增加，撕裂指數的變化不響紙頁勻度，從而導致強度有所下降。綜合考慮，兩

明顯，而紙張的耐破指數、抗張指數和環壓指數則先性聚丙烯酰胺用量為0 8%時較好，這時細小纖維

52 

的留著率較高，紙張各方麵的性能也較好。

253幾種常用聚丙烯酰胺類助劑應用效果的對 比

2 5 . 1幾種常用聚丙烯酰胺類助劑對混合漿料 濾水性能的影響

圖4為助劑用量都為0 8%時所測得的打漿

度，由圖可知，陰離子1據丙烯酰胺、商品兩性聚丙 烯酰胺以及實驗室自製納米級聚丙烯酰胺都具有良 好的助濾性能。

2 5 . 2幾種常用聚丙烯酰胺類助劑對混合漿料 強度、留著性能的影響

 

圖4不同助劑對混合漿樣助濾性能的對比 幾種常用聚丙烯酰胺類助劑對成紙性能影響的對比

表3

序號定量

/g。m-2撕裂指數 /mN° m2 • g—耐破指數

/kPa。m2 • g抗張指數

/N。m。口環壓指數

/N。m。口填料留著率

/%

空白124 81 .051.1716 084 8578 97

陰離子1#140. 51 .050 9914 885 8697 37

陰離子2#1531.171 0112 094 4098 9

陽離子1#131.251.181 0716 155 5686 75

陽離子2#138 31.161 0415 185 8090 46

非離子138.850.951 0415 775 7482 86

商品兩性145 71.100 8514 215 1889 47

實驗室自製145.151 .061 3817 845 9685 30

 

從表3可以看出，陽離子1#AM與實驗室自製 兩性PAM的增強效果具有良好的優勢。與其它幾 種聚丙烯酰胺類助劑比較，實驗室自製兩性PAM在 提高紙張強度方麵具有很好的效果，尤其是在提高 紙張抗張強度方麵顯現出明顯優勢。

3結論

(1采用反相微乳液法合成兩性聚丙烯酰胺，白 色粉末狀，納米級兩性聚丙烯酰胺造紙助劑的合成及其性能研究,含固量98%，黏度101. 44mL/g分子量 25. 82萬，聚合物體係中各種粒子的平均粒徑為 97 00 nm

(2沉渣回收利用比例為20%時，在沉渣與OCC 廢紙漿混合漿料中加入實驗室自製的納米級兩性聚 丙烯酰胺助劑，在加入量為0 8%時，其助留、助濾 及增強效果為最好，紙頁定量提高了 16. 31%，耐破 指數提高了 17 95%，抗張指數提高了 10 95%，環 壓指數提高了 22 89%,填料留著率提高了 8 02%。

(3在加量相同情況下，同目前市場聚丙烯酰胺 類造紙助劑相比，實驗室自製的納米級兩性聚丙烯 酰胺有較好的助留、助濾和增強效果。