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高代数阴离子树枝状聚酰胺-胺的研究

来源:中华纸业 编辑:秦影,傅英娟,邵志勇, 时间:2019-09-24
导读:高代数的A-Gn.5PAMAM对纸料小絮块的絮聚能力优于低代数产物,该有机微粒助留助留体系可以适应较宽的pH值范围,且抵抗高剪切作用的能力较强,与膨润土无机阴离子微粒具有很好的协同作用。

微粒助留助滤体系发挥作用的关键是微粒组分。目前应用最广泛的是胶体硅、膨润土等无机阴离子微粒,而有机阴离子微粒仍未得到广泛使用。有机微聚物可以结合有机高分子聚合物和无机微粒两者的优势,既具有柔性的分子链、可控的电荷密度和功能基,又具有理想无机微粒的离子化表面和三维纳米结构,有望成为更加有效的助留助滤体系中的微粒组分。

研究表明,有机微粒与无机微粒协同作用可以使湿部过程更容易控制,且取得成纸光学性能、抗张强度和透气度的较好平衡。树枝状大分子是由重复增长反应合成而来的高度支化且结构精确的分子,其本身具有纳米尺寸和较大的比表面积,外层聚集大量的端基官能团。通过对端基官能团的改性可以获得不同用途的产品。

低代数的树枝状大分子拥有开放的表面结构且分子呈不对称的蝶形,而第5代及更高代数的树枝状大分子拥有更封闭、紧密的表面结构,几乎呈球状,非常适于用作微粒助留助滤体系中的微粒组分。

将不同代数的阴离子树枝状聚酰胺-胺(A-Gn.5PAMAM)作为有机阴离子微粒组分,与星形阳离子聚丙烯酰胺S-CPAM、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)组成有机微粒助留助滤体系,研究了其对漂白旧报纸脱墨浆的作用效果。
 

1  A-Gn.5PAMAM的制备

称取一定量的Gn.5PAMAM于平底烧瓶中,加入适量蒸馏水溶解。将等量的氢氧化钠用少量蒸馏水溶解后,加入平底烧瓶中与Gn.5PAMAM混合,并用蒸馏水调节至所需的反应浓度。在室温、磁力搅拌下反应24h后,反应物经旋转蒸发,得到淡黄色黏稠物。用乙醚洗涤数次,置于真空干燥箱中干燥,得淡黄色固体粉末,即为A-Gn.5PAMAM。
 

2  A-Gn.5PAMAM的表征

A-Gn.5PAMAM的外层末端基-COONa使其表面呈阴离子性。不同酸碱体系下,A-Gn.5PAMAM的阴电荷密度见表1。

表1  体系pH值对A-Gn.5PAMAM的阴电荷密度的影响

 

由表1可以看出,在相同的pH值条件下,随着A-Gn.5PAMAM代数的增加,其表面阴电荷密度逐渐升高。这是由于A-Gn.5PAMAM的表面电荷密度与其端基数量密切相关。G4.5PAMAM、G5.5PAMAM和G6.5PAMAM的理论外层端基数分别为64、128和256,因此高代数的A-Gn.5PAMAM具有更高的阴电荷密度。

表1还表明,随着体系pH值的升高,A-Gn.5PAMAM的阴电荷密度呈升高的趋势。说明A-Gn.5PAMAM可以用作微粒助留助滤体系中的有机阴离子微粒,并可望在碱性纸张抄造体系中发挥更好的作用。
 

3  A-Gn.5PAMAM与S-CPAM、CPAM组成有机微粒助留助滤体系

不同代数的A-Gn.5PAMAM与S-PAM、CPAM组成的有机微粒助留助滤体系对漂白旧报纸脱墨浆的作用效果见表2。

表2  有机微粒助留助滤体系对纸浆的作用效果

 

由表2可以看出,在提高纸料单程留着率的同时,可以明显改善漂白旧报纸脱墨浆的滤水性能。

由表2还可以看出,在相同条件下,A-G6.5PAMAM的作用效果明显好于A-G5.5PAMAM。这是由于理论上A-G6.5PAMAM的外层具有256个-COONa,是A-G5.5PAMAM端基数量的2倍。高代数A-Gn.5PAMAM的分子尺寸相对较大,对分散成小絮块的浆料具有更好的絮聚能力。

3.1 A-Gn.5PAMAM用量的影响

A-Gn.5PAMAM用量对有机微粒体系的助留助滤作用效果的影响见图1。


图1  A-Gn.5PAMAM用量对有机微粒体系作用效果的影响

由图1可见,漂白旧报纸脱墨浆的单程留着率和滤水性能随着A-Gn.5PAMAM用量的增加而逐渐提高。

3.2 系统剪切作用的影响

微絮聚体受剪切作用的影响情况见图2。


图2  剪切力对有机微粒体系作用效果的影响

由图2可以看出,随着搅拌转速的不断提高,漂白旧报纸脱墨浆的单程留着率和滤水速率逐渐降低。

3.3 浆料系统pH值的影响

有机微粒体系在不同pH值条件下的助留助滤作用效果见图3。


图3  pH值对有机微粒体系作用效果的影响

图3表明,该有机微粒助留助滤体系在中、碱性体系中具有较好的作用效果。该有机微粒助留助滤体系在PH值较高体系中的作用效果会受一定影响。
 

4  阴离子有机微粒A-Gn.5PAMAM与无机微粒的协同作用

有机微粒与盘状的膨润土无机微粒之间的协同作用效果,实验结果见图4。


图4  A-Gn.5PAMAM与膨润土的协同作用效果

由图4可以看出,当A-Gn.5PAMAM与膨润土协同作为微粒助留助滤体系的阴离子微粒组分时,漂白旧报纸脱墨浆的单程留着率和滤水速率要好于两者各自单独的作用效果。
 

5  结论

高代数A-Gn.5PAMAM可以作为阴离子有机微粒组分与星形阳离子聚丙烯酰胺(S-CPAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)组成有机微粒助留助滤体系,提高漂白旧报纸脱墨浆的单程留着率和滤水性能,在中碱性范围内具有良好的助留助滤作用效果,与无机阴离子微粒具有良好的协同作用。

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