摘要 本文介绍了一种适用于机械浆的新型有效助留剂的制备、影响其助留性能的因素及其助留过程和机理，并与线形PEO体系对
　　　　 比，阐述了这种新助剂的潜在优点及其在未来造纸工业中的巨大应用潜力。


　　关键词 助留剂 PAM－PEO 机械浆


　　现代新闻纸机抄纸时通常使用的助留剂，就是基于电荷中和，或是基于补丁和架桥作用的离子结合凝聚原理，一般形成的絮团较大，有时会对纸页的匀度产生不良影响。尤其当纸料中有较多细小纤维、填料和树脂等阴离子杂质时，使离子聚合物失去活性，不能得到良好的助留效果，或者需使用多量的助留剂才能凑效。这样便会产生强烈的絮凝作用，不仅不经济，而且会使纸页产生云彩花，降低纸的质量。为了解决上述矛盾，研究人员发现聚氧化乙烯（PEO）与酚醛树脂（PHR）并用时，具有良好的助留效果。这是因为PEO体系凝聚机理是通过其分子中醚键的氧原子和PHR中酚羟基产生氢键缔合，形成网状结构，起到凝聚作用。与单一高分子聚合物助留剂相比，有以下特点：（1）能在较宽的pH范围内使用；（2）对纸页匀度影响小；（3）易通过变更体系中两组分配比来调整纸页匀度或提高填料等留着率；（4）对于含阴离子性物质较多的纸料，可利用其含有的木素化合物代替部分PHR的作用，从而可在生产新闻纸和含有较多机械木浆的纸中，充分发挥助留助滤功能。但由于PEO本身存在一些缺点，使得它还不能得到最广泛的应用。这就促使人们去研究开发具有类似PEO功能而又能克服其缺点的新型助留剂。以聚丙烯酰腕（PAM）为骨架，支链含有PEO结构的共聚物（以下简称为PAM－PEO）就是一种这样的新型有效助留剂。


　　1 PEO均聚物存在的缺点


　　PEO 体系还没有得到最广泛的应用是因为其有以下致命的弱点：


　　1.1 现代新闻纸机正向高速发展，抄纸时浆料必然受到极强的机械剪切力，而PEO在这种强烈的作用下，极易断键降解，降低分子量，使其助留效果大打折扣，甚至失去助留作用。


　　1.2 在铁离子存在下，PEO极易产生化学降解，而低程度的水解或化学降都会使其助留效果大大降低，这就使得在应用中需时常配制，而不能直接使用以溶液形式储存的PEO。


　　1.3 与常用的聚丙烯酰腕（PAM）系列助留剂相比，高分子量的PEO价格昂贵，而作为助留剂使用的PEO又必须具备很高的分子量，这样使得PEO应用成本很高。


　　2 新型助留剂PAM－PEO的结构及其制备


　　共聚物PAM－PEO具有梳状结构，PAM为骨架（梳柄），支链上含有PEO结构（梳齿），如图所示。所以即使有少量的“梳齿”PEO被降解，也不会影响整个聚合物的助留效果，因为决定非离子型助留剂助留效果的主要因素是分子量的大小，而少量PEO的降解对聚合物分子量影响不大。





PAM－PEO可以通过丙烯酰腕（AM）和含有PEO结构的丙烯酸盐大分子单体共聚而成。这种大分子单体中PEO链含有5～40醚氧重复单元和一个具有共聚活性的乙烯基末端。在合成方法上，既可以采用溶液聚合，也可以采用反相乳液聚合。


　　3 影响PAM－PEO助留性能的因素


　　研究表明，影响PAM－PEO助留性能的因素主要有以下几方面：


　　3.1 聚合物结构对助留性能的影响


　　3.1.1 聚合物中两种单体配比的影响。当聚合物分子量在100万以上时，即使只含有0.8％（mol计）的丙烯酸盐大分子单元，其助留效果就得到很大的提高，继续加大含量至2％，助留效果直线提高，但在2％以后，助留效果变化不大。


　　3．1．2聚合物中支链PEO长度的影响


　　与相同分子量的高分子PEO相比，当聚合物支链上有5个醚键重复单元（n＝5），其助留效果可与含有105醚键的线性PEO助留效果相媲美。当n＝ 20时，助留效果达到最佳状态，继续加大n值，几乎不能再提高其助留效果。


　　3.2 聚合物用量对助留性能的影响

通过对聚合物（分子量为460万，支链上含有0.69％PEO）和2.0mg/L酚醛树脂所组成的助留体系进行研究，结果表明，当聚合物浓度为2.0mg/L时，新闻纸浆细小纤维留着率达到最大值90％，继续加大其用量，细小纤维留着率几乎无变化。


　　3.3 剪切力对助留性能的影响


　　在使用动态滤水仪研究助留剂助留效果时，有许多因素影响助留剂助留效果，包括浆的搅拌速度、搅拌时间、筛孔大小、浆料浓度和操作温度等。一般情况下，低的搅拌速度、小的筛孔、高温操作下会产生高的一次留着率。所有这些因素中，搅拌速度和搅拌时间是最重要的因素，这是由于搅拌引起的剪切力会切断聚合物，同时使由聚合物形成的絮凝物遭到破坏，从而影响聚合物的助留效果。

研究表明，在较高剪切力作用下，共聚物PAM－PEO和均聚物PEO助留效果都不能达到最佳状态，然而结果也显示共聚物PAM－PEO受剪切力的影响没有PEO强烈，这就说明，共聚物PAM－PEO比均聚物PEO更具有抗剪切能力。


　　4 PAM－PEO助留过程及其机理


　　PAM－PEO助卵巢时包括以下过程：


　　PHR加入以后，首先被吸附到纤维表面上，过量的再溶于浆液中，与共聚物PAM－PEO形成不稳定的混合物，再与细小纤维结合产生大量不稳定的絮凝物，最后沉积在纤维表面上。

PAM－PEO助留机理与PEO体系类似，均包括以下两个方面：


　　（1） 共聚物PAM－PEO支链上含有PEO结构，醚键中的氧原子与PHR持有的酚羟基产生氢键缔合，造成凝聚。


　　（2） 助留过程中，也存在共聚物被吸附到纤维表面上形成沉淀，将与细小纤维的絮凝产生竞争。


　　5 小结


　　通过上面对共聚物PAM－PEO助留性能和机理的讨论，可以看出，助留时其作用机理类似PEO，但具有PEO无法拥有的助留优点。


　　5.1 共聚物PAM－PEO可以以溶液形式贮存很长时间，而助留效果无明显变化。使用PEO时则需一段溶解时间，因其易降解，溶解时不能使用高的搅拌速度，必延长其溶解时间。


　　5.2 共聚物PAM－PEO具有较高的抗剪切能力，更能适合现代纸机的高速化。


　　5.3 共聚物PAM－PEO以PAM为骨架，大大降低了生产成本，且其制备技术比PEO简单易行，极易大批量生产。

正因为共聚物PAM－PEO具有上述优点，可以预见，它极有可能成为一种易实现工业化而得到大量使用的新型机械浆助留剂。


　　

参考文献


　　1 林跃春，林跃梅，聚氧化乙烯助留系统，纸和造纸，2000.(2);22.


　　2 Xiao,H.N.Novel Retention Aids for Mechanical Pulps.Tappi.79(4);129


　　3 Xiao.H.N.retention Mechanisms for Two-Component Systems Based on Phenolic Resin and PEO or New PEO Copolymer Retention AidsJPPS.22(12);475

[时间：2001-05-18  作者：徐青林 胡惠仁 谢来苏  来源：纸和造纸2001-2]