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目前在造纸行业,两性聚丙烯酰胺纸张增干强剂已逐渐成为国内外研究者关注的热点。本课题探索了水分散聚合技术制备反应性两性聚丙烯酰胺纸张增干强剂的聚合工艺,并对聚合产物在纸张中的应用性能进行了研究。水分散聚合技术具有传统聚合技术无可比拟的优点,该方法不仅避免了使用有机溶剂对环境的破坏,而且聚合反应体系粘度小,聚合工艺简单。同时,采用该方法制备的聚合物乳液溶解性好,用水稀释后可直接使用,聚合物颗粒在反应介质中分散均匀,其分子量易于调节。本文优化了聚合工艺反应条件,并对聚合物纸张增干强剂的各种性能进行了研究,再将其应用于抄纸工艺,以提高纸张强度。(1)本文采用具有反应性的环氧改性羧甲基纤维素(CMC)作为高分子分散稳定剂,以丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、衣康酸等作为共聚单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为链转移剂,通过水分散聚合技术制备得到反应性两性聚丙烯酰胺(AmPAM)纸张增干强剂。当w(DMC)=4.0%,w(SMAS)=0.8%,w(分散稳定剂)=13.0%,w(APS)=0.35%,AM单体的浓度为18.0%,聚合温度为80℃时,聚合产物性能较佳。通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)对合成的聚合物进行结构表征,证实了AM、DMC、衣康酸等的共聚产物已成功合成。通过热重分析仪测定聚合产物的热稳定性,热分析曲线(TG)亦表明,聚合物有良好的耐高温性能,在纸张生产温度要求高的造纸行业有广泛的应用价值。采用透射电镜(TEM)测定聚合物乳液的微观形貌,透射电镜图显示,AmPAM聚合物乳液大部分以分子胶束形式存在,小部分以球形粒子结构存在,大小比较均匀,在反应介质中分散稳定。另外,考察不同反应因素对聚合反应体系表观粘度、特性粘度的影响以及对聚合物颗粒粒径及分子量等的影响。结果显示,AmPAM聚合物颗粒的Z-平均粒径随着阳离子单体DMC含量、AM单体浓度的增加呈现增大的趋势,而随着SMAS用量、分散稳定剂含量、引发剂用量的增大呈现减小的趋势。聚合反应体系的表观粘度随阳离子单体DMC含量的增加、AM单体浓度的增大、分散稳定剂用量的增加以及聚合温度的上升呈现增大的趋势,而随着SMAS用量的增加逐渐减小。(2)在纸张抄纸工艺中添加入上述实验合成的AmPAM纸张增干强剂,以提高纸张的环压强度和抗张强度。考察不同反应条件下合成的聚合物应用于纸张对纸张强度的影响。并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察空白纸张和经过AmPAM增干强剂处理后的纸张纤维表面及内部的微观形貌变化。结果显示,随DMC含量、SMAS用量、AM单体浓度、分散稳定剂含量、引发剂用量的增加,纸张的环压强度和抗张强度呈先增大后减小的趋势,而随聚合温度的升高,纸张的环压强度和抗张强度均随之增大。由此得出较佳的反应条件,即:w(DMC)=4.0%, w(SMAS)=0.8%,w(分散稳定剂)=13.0%,w(引发剂)=0.35%,AM单体的浓度为18.0%,聚合温度为80℃。扫描电镜(SEM)证实,加入AmPAM增干强剂后的纸张纤维结合紧密、空隙很小。这是由于AmPAM增干强剂分子中的胺基、羟基等能够与纸张纤维以氢键结合,起到了相当于粘合剂的作用,同时增干强剂中所带的阳离子电荷与纸张纤维形成静电吸附,使纸张纤维结合紧密,从而提高了纸张的强度。原子力显微镜(AFM)结果表明,当纸张经AmPAM乳液处理后,聚合物使纸张纤维连接更加紧密,纸张表面形貌处理前起伏不平,处理后变得平整。