水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的合成与应用

摘要

水基分散体交联型阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种新型的阳离子助留助滤剂，具有抗高剪切力与抗高电导率的作用。本研究以硫酸铵的水溶液作为分散介质，自制聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散稳定剂，丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为主要单体，加入结构改性助剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，合成高分子量的交联型CPAM水基分散体，并对其进行表征;研究通过玻璃膨胀计法，模拟交联型CPAM的分散聚合动力学过程，采用数学方法拟合并计算出交联型CPAM的分散聚合动力学方程，得出反应活化能Ea，并对动力学方程进行反算验证;将水基分散体交联型CPAM助留助滤剂应用到文化用纸中，并和线型CPAM进行对比，优化出CPAM助留助滤剂的应用条件，并对应用机理进行探讨。
　　研究证明，当总单体浓度为15％，DMC与AM的摩尔比为0.15，引发剂用量为单体总量的0.11％，MBA用量为40mg/kg，甲基丙烯磺酸钠(SMAS)用量为600mg/kg，反应温度为56℃时，所合成产品的性能最优。在高剪切力与高电导率条件下，自制交联型CPAM的助留助滤性能优于市售线型CPAM“水包水”乳液。
　　以偶氮二异丁基脒二盐酸盐(V50)为引发剂，AM和DMC为单体，加入交联剂与分散剂，利用玻璃膨胀计，研究了水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的反应动力学，分别探讨了单体总浓度、引发剂浓度、单体配比、交联剂用量与分散剂浓度对化学反应速率的影响。研究结果表明:聚合速率方程为Rp=K[M]1.99[1]0.71，分散聚合反应的表观活化能为103.59 KJ·mol-1，反应速率常数表达式为K=4.001×1017·exp(-12.43/T)，经过公式计算所得数据与实验值基本一致。
　　将制得的交联型CPAM“水包水”乳液进行了应用实验。测定了其在模拟文化用纸生产条件下的助留助滤效果，并与直链型CPAM进行了比较。当在浆料中的添加量为0.04％，与浆料的接触时间为30S时，具有较好的助留助滤性能，浆料首程留着率可达91％，填料留着率为85％，浆料打浆度（用来表示浆料滤水性）可降低至25°SR左右。在高盐、高剪切力条件下，其助留助滤效果优于线性高分子，具有抗盐、抗剪切的效果。
　　在天津某厂对水基分散体交联型CPAM助留助滤剂进行生产，成功设计了产品生产工艺与生产设备，对所得产品进行入库检测及性能评测，其具有较好的助留助滤作用;将其应用到河北唐山某瓦楞纸厂，与膨润土组成微粒助留助滤系统，添加聚合氯化铝(PAC)，使白水浓度降低至2-5％，水线移动0.7m（相对表示滤水性），提高了浆料利用率，解决了粘缸、断纸问题，缓解了废水处理难度。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 造纸湿部化学的现状及展望

1．2 助留助滤剂的概述

1．2．1 助留助滤剂的发展与类别

1．2．2 助留助滤机理

1．3 聚丙烯酰胺的概述

1．3．1 聚丙烯酰胺的种类及性能

1．3．2 聚丙烯酰胺的应用

1．4 分散聚合

1．4．1 分散聚合定义

1．4．2 分散聚合机理

1．5 “水包水”型阳离子聚丙烯酰胺

1．5．1 水基分散体CPAM醇水体系工艺研究

1．5．2 水基分散体CPAM盐水体系工艺研究

1．5．3 分散聚合动力学研究

1．6 本研究的内容和意义

1．6．1 研究内容

1．6．2 研究意义

2 材料与方法

2．1 实验药品和设备

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验设备

2．2 聚合物的制备

2．2．1 分散稳定剂PDMC的合成

2．2．2 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的合成

2．3 CPAM乳液的分析与表征

2．3．1 单体转化率测定

2．3．2 分子量测定

2．3．3 电荷密度的测定

2．3．4 CPAM表观粘度的测定

2．3．5 CPAM粒径的测定

2．3．6 CPAM颗粒形态的测定

2．3．7 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)

2．3．8 核磁共振波谱分析(HNMR)

2．4 交联型CPAM的分散聚合动力学研究方法

2．5 CPAM乳液的应用检测

2．5．1 填料留着率和浆料滤水性的测定

2．5．2 纸页物理性能的检测

3 结果与讨论

3．1 水基分散体交联型CPAM的合成

3．1．1 单体总浓度对聚合反应的影响

3．1．2 单体摩尔配比对聚合反应的影响

3．1．3 反应温度对聚合反应的影响

3．1．4 引发剂用量对聚合反应的影响

3．1．5 交联剂用量对聚合反应的影响

3．1．6 链转移剂用量对聚合反应的影响

3．1．7 交联型CPAM的红外光谱分析

3．1．8 交联型CPAM的核磁共振分析

3．1．9 小结

3．2 水基分散体交联型CPAM的分散聚合动力学

3．2．1 反应单体总浓度对分散聚合速率的影响

3．2．2 引发剂用量对分散聚合速率的影响

3．2．3 单体摩尔配比对分散聚合速率的影响

3．2．4 交联剂用量对分散聚合速率的影响

3．2．5 分散剂用量对分散聚合速率的影响

3．2．6 反应温度对分散聚合速率的影响

3．2．7 反应速率常数K的计算

3．2．8 交联型CPAM分散聚合动力学方程的确定

3．2．9 小结

3．3 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的应用

3．3．1 接触时间对CPAM助留助滤性能的影响

3．3．2 CPAM添加量对助留助滤性能的影响

3．3．3 剪切力对CPAM助留助滤性能的影响

3．3．4 电导率对CPAM助留助滤性能的影响

3．3．5 pH对CPAM助留助滤性能的影响

3．3．6 CPAM对手抄片物理性能的影响

3．3．7 小结

3．4 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的工业化

3．4．1 产品生产与应用的可行性分析

3．4．2 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的生产

3．4．3 HY-2053助留助滤剂的纸厂应用

3．4．4 小结

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢