树核星形阳离子聚合物的合成及其在造纸湿部中的应用

摘要

目前,为了减少污水的排放和新鲜水的注入,新闻纸生产过程中都采用白水封闭循环系统。白水中富含大量的溶解性和胶体性物质(DCS),这些物质主要是在制浆和漂白过程中释放出来,包括亲脂性抽出物、木素、中性和带电性的多聚糖及蛋白质等,由于纸厂的水封闭循环而在白水中聚集。DCS浓度的增加可能会导致一系列问题,如增加纸浆的腐蚀性,产生泡沫和结垢,促进微生物生长,抽出物沉积后能够粘在成形网和毛毯上,增加断纸的可能性,并且能够增加湿部添加的阳离子助剂的消耗,降低纸张白度,耐破度和裂断长等。
　　本文针对废新闻纸脱墨浆中含有大量溶解性与胶体性物质等阴离子垃圾的问题,设计并合成了两类阳离子聚合物。它们的主要特点是低分子量、高电荷密度,能够通过电荷中和/补丁机理将DCS固着到纤维上,减少脱墨浆浆水体系中阳电荷需求量,提高过程助剂的使用效率。
　　利用乙二胺与丙烯酸甲酯在甲醇溶剂中进行迈克尔加成反应得到端基是酯基的四臂树枝状小分子,然后利用端酯基与三羟甲基氨基甲烷进行酰胺化反应得到端基是羟基的树枝状大分子,利用其羟基与2-溴代异丁基酰溴进行酰化反应,得到端基是溴原子的12臂树枝状大分子引发剂,最后以丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体,联二吡啶为配体,溴化亚铜为催化剂,在乙醇和水的混合溶剂中进行原子转移自由基聚合,得到了一系列树核星形阳离子聚合物poly(PAMAM-g-DAC)。通过FT-IR、1H NMR鉴定了产物结构,结果显示产物与预期结构相一致。利用胶体滴定方法测得了不同pH值下聚合物的电荷密度,表明聚合物具有pH值不敏感性。
　　通过显微镜观察poly(PAMAM-g-DAC)对浆料的絮聚情况显示,与空白样品相比,添加量0.5 wt.％时poly(PAMAM-g-DAC)能够对细小纤维、填料和纤维起到絮聚作用;利用poly(PAMAM-g-DAC)/CPAM组成的双元体系,纸料的絮聚情况更加明显。poly(PAMAM-g-DAC)能够显著降低浆料滤液的浊度和阳电荷需求量,添加量0.2wt.％时滤液浊度降低88.7％,阳电荷需求量下降到5ueq/L以下。单独使用poly(PAMAM-g-DAC),随着 poly(PAMAM-g-DAC)用量的增加,浆料的留着和滤水性能提高,且使用电荷密度高的poly(PAMAM-g-DAC)时效果更加明显。poly(PAMAM-g-DAC)/CPAM组成的双元体系,能够适应不同pH环境的抄造体系,对高剪切力也有一定抵抗作用。
　　利用季戊四醇与2-溴代异丁基酰溴的酰化反应得到端基是溴原子的四臂小分子引发剂,然后以甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为单体,联二吡啶为配体,溴化亚铜为催化剂,水与乙醇为混合溶剂利用原子转移自由基聚合得到了一系列星形阳离子聚合物poly(pen-g-MeDMA)。FT-IR、1H NMR分析证明产物分子的结构与预期相一致。通过胶体滴定方法分析了不同pH值下poly(pen-g-MeDMA)的阳电荷密度,表现为pH值不敏感性。
　　研究发现,poly(pen-g-MeDMA)能够通过电荷中和/补丁机理将浆料体系中的阴离子垃圾固着到纤维上,降低浆料滤液的浊度及阴电荷密度。在添加量为0.20 wt.％时即表现出良好的效果,滤液浊度降低87.3％,阳电荷需求量降低到20ueq/L。poly(pen-g-MeDMA)/CPAM组成的双元助留体系对脱墨浆留着效果显著。同时,双元体系还能够适应酸碱性的抄造环境,并且对高剪切力也有一定抵抗作用。poly(pen-g-MeDMA)/CPAM/膨润土组成的三元助留体系在酸碱性抄造环境及高剪切力环境下仍然能起到良好的助留作用。

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第1章 绪论

1.1 胶体与溶解性物质（DCS）概述

1.2 树核星形聚合物的合成方法

1.3 活性聚合方法

1.4 星形聚合物在造纸中的应用

1.5 论文的研究目的、意义及内容

第2章 树核星形poly(PAMAM-g-DAC)的合成与表征

2.1 实验

2.2结果与讨论

2.3 结论

第3章 树核星形poly(PAMAM-g-DAC)在新闻纸抄造体系中的应用

3.1 实验

3.2 结果与讨论

3.3 结论

第4章 星形poly(pen-g-MeDMA)的合成及在脱墨浆中的应用

4.1 实验

4.2 结果与讨论

4.3 结论

第5章 总结

论文创新之处和进一步研究工作

参考文献

致谢

在学期间主要科研成果