丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的合成及對(duì)紙張的增強(qiáng)作用

蒙玲

（廣州海誠(chéng)能源科技有限公司，廣東 廣州　511400）

丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的合成及對(duì)紙張的增強(qiáng)作用

蒙玲

（廣州海誠(chéng)能源科技有限公司，廣東 廣州511400）

該文選取幾種不同取代度的陽(yáng)離子淀粉，在分析研究其結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，使其與丙烯酰胺（AM）共聚制備丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物，研究不同取代度陽(yáng)離子淀粉和丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑對(duì)紙張的增強(qiáng)作用。結(jié)果表明：陽(yáng)離子淀粉的取代度影響其使用效果；與陽(yáng)離子淀粉比較，丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物可顯著提高紙張的強(qiáng)度性能，其中取代度為0.11的陽(yáng)離子淀粉與用量為35%的丙烯酰胺共聚產(chǎn)物在其用量為0.4%（對(duì)絕干漿）時(shí)，紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)分別提高了23.2%、36.1%和39.1%。

陽(yáng)離子淀粉；丙烯酰胺；丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物；紙張?jiān)鰪?qiáng)劑

陽(yáng)離子淀粉作為造紙工業(yè)重要淀粉衍生物得到廣泛應(yīng)用，其原因是它對(duì)帶陰電荷的物質(zhì)有很好的親和性，及結(jié)合后的不可逆性，其可作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑、表面施膠劑等［1-2］。水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺也是造紙工業(yè)重要的化學(xué)品，因其帶有的酰胺基團(tuán)可與纖維上的羥基形成氫鍵結(jié)合，是性能優(yōu)異的紙張?jiān)鰪?qiáng)劑、助留助濾劑［3］［4］11［5-6］。紙張干增強(qiáng)劑（以下簡(jiǎn)稱增強(qiáng)劑）作為造紙濕部重要的助劑，其首先要快速并完全地吸附在漿料纖維上，再通過(guò)其所含有的功能基團(tuán)與纖維產(chǎn)生相互作用，從而達(dá)到提高紙張強(qiáng)度的目的；因此，本研究選用陽(yáng)離子淀粉為主要原料，通過(guò)其與丙烯酰胺（AM）共聚制備丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物，研究陽(yáng)離子淀粉取代度及丙烯酰胺用量對(duì)其紙張?jiān)鰪?qiáng)效果的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1主要實(shí)驗(yàn)材料

陽(yáng)離子淀粉，自制，將玉米淀粉與N-（3-氯-2羥基）N，N，N-三甲基氯化銨（醚化劑）在一定條件下反應(yīng)制備。本實(shí)驗(yàn)用陽(yáng)離子淀粉取代度分別為：0.04、0.06、0.08和0.11。

丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物，自制，由丙烯酰胺與陽(yáng)離子淀粉在一定條件下進(jìn)行共聚反應(yīng)制備。

桉木漿：巴西產(chǎn)，打漿度33°SR。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

紅外光譜分析：首先將供分析測(cè)試用的試樣與KBr一起研磨，紅外燈干燥后壓片，用NICOLOTMAGNAIR760型紅外光譜儀測(cè)定產(chǎn)物結(jié)構(gòu)特性。

紙頁(yè)抄造：稱取一定量的紙漿，經(jīng)疏解、添加增強(qiáng)劑后抄紙，再壓榨、干燥得到紙樣；紙樣經(jīng)24 h平衡水分后，按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試。紙張定量為50 g/m2。

2　結(jié)果與討論

2.1丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物紅外光譜分析

圖1是丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的紅外光譜。

圖1　丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物紅外光譜圖

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，除了淀粉的特征吸收峰外，在1 669 cm-1、1 610 cm-1出現(xiàn)的特征吸收峰為丙烯酰胺的酰胺基特征吸收峰［7-8］，1 669 cm-1的強(qiáng)吸收峰為CO伸縮振動(dòng)及酰胺 I譜帶的重疊［4］29，1 470 cm-1附近的弱吸收峰是—CH2—N⊕亞甲基的特征吸收峰［9-10］。紅外光譜圖分析結(jié)果表明，其產(chǎn)物為丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物。

2.2不同取代度陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張?jiān)鰪?qiáng)作用效果的影響

表1和表2是不同取代度陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張?jiān)鰪?qiáng)效果的影響。

由表1可知，陽(yáng)離子淀粉可提高紙張的強(qiáng)度性能，不同取代度的陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張的增強(qiáng)效果不同，其中取代度為0.08的3號(hào)試樣陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張的增強(qiáng)效果相對(duì)最好，當(dāng)其用量為0.4%（對(duì)絕干漿）時(shí)，紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)分別提高了12.1%、13.4%和14.1%。由表2可知，當(dāng)陽(yáng)離子淀粉用量為1.0%（對(duì)絕干漿）時(shí)，紙張的抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和撕裂指數(shù)分別增加18.8%、15.7%和25.3%。

表1　陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張的增強(qiáng)作用

表2　不同取代度陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張?jiān)鰪?qiáng)效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑的陽(yáng)離子淀粉其取代度，即陽(yáng)離子淀粉所帶有的陽(yáng)電荷量，并非越大越好，其原因與陽(yáng)離子淀粉與纖維間的相互作用密切相關(guān)。陽(yáng)離子淀粉所帶有的正電荷是通過(guò)與纖維表面所帶的負(fù)電荷發(fā)生靜電吸附而發(fā)揮作用的；然而纖維表面所帶的負(fù)電荷有限，當(dāng)陽(yáng)離子淀粉所帶的正電荷量大于纖維所帶的負(fù)電荷量時(shí)，多余的正電荷不能發(fā)揮其作用。另一方面，由于形成多余正電荷使得淀粉原來(lái)所帶的羥基數(shù)量減少，與纖維發(fā)生氫鍵作用的基團(tuán)數(shù)量減少，使得它們之間的氫鍵作用受到影響，因此更高取代度的陽(yáng)離子淀粉導(dǎo)致其對(duì)紙張?jiān)鰪?qiáng)效果減??；因此，作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑需選擇適宜取代度的陽(yáng)離子淀粉方可獲得更好的紙張強(qiáng)度性能。

2.3丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物對(duì)紙張?jiān)鰪?qiáng)效果的影響

2.3.1不同取代度陽(yáng)離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

表3是不同取代度陽(yáng)離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響［丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物用量為0.4%（對(duì)絕干漿）］。

表3　不同取代度陽(yáng)離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

由表3可知，丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物對(duì)紙張的增強(qiáng)效果顯著，當(dāng)其用量為0.4%（對(duì)絕干漿）時(shí)，紙張抗張指數(shù)由28.20 N·m/g提高至34.28～36.74 N·m/g，耐破指數(shù)由1.29 kPa·m2/g提高至1.75～2.02 kPa·m2/g，撕裂指數(shù)由4.42 mN·m2/g提高至5.84～7.26 mN·m2/g；其中4號(hào)試樣的作用效果相對(duì)最好，紙張抗張指數(shù)提高了23.2%，耐破指數(shù)提高了36.1%，撕裂指數(shù)提高了39.1%。與表2陽(yáng)離子淀粉作用效果比較發(fā)現(xiàn)，在本研究范圍內(nèi)，丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物使用的陽(yáng)離子淀粉取代度越高，其增強(qiáng)效果越好。分析原因認(rèn)為，這可能是由于丙烯酰胺聚合在淀粉分子中形成的支鏈結(jié)構(gòu)影響了少量陽(yáng)離子基團(tuán)與纖維間的作用；因此，丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物宜選擇陽(yáng)離子度略高的陽(yáng)離子淀粉。

2.3.2陽(yáng)離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

表4是陽(yáng)離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響［丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物用量為0.4%（對(duì)絕干漿）］。

表4　陽(yáng)離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產(chǎn)物對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

由表4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)丙烯酰胺用量由25%提高到35%時(shí)，其丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚的增強(qiáng)效果隨著丙烯酰胺用量的增加而逐漸提高；當(dāng)丙烯酰胺的用量由35%提高到40%時(shí)，丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的增強(qiáng)效果略有下降。分析原因認(rèn)為，這可能還是因?yàn)楸０肪酆闲纬傻闹ф溣绊懥岁?yáng)離子基團(tuán)與纖維間的作用，這不僅影響了其與纖維間作用力，而且還可能影響了丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉在紙頁(yè)中的留著，進(jìn)而表現(xiàn)為紙頁(yè)強(qiáng)度的下降。

3　結(jié)論

陽(yáng)離子淀粉作為紙張?jiān)龈蓮?qiáng)劑，其取代度對(duì)其作用效果影響很大，在相同用量下，適宜的取代度可使得其紙張獲得更好的強(qiáng)度性能。丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物可顯著提高紙張的強(qiáng)度性能，其中丙烯酰胺的用量和陽(yáng)離子淀粉的特性均影響產(chǎn)物的使用性能，考慮到丙烯酰胺共聚后在淀粉分子上形成支鏈對(duì)產(chǎn)物與纖維間作用的影響，可選擇取代度適當(dāng)高些的陽(yáng)離子淀粉；在本研究范圍內(nèi)，丙烯酰胺用量在35%時(shí)其丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的紙張?jiān)鰪?qiáng)效果相對(duì)最好。

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Synthesis of Acrylamide/Cationic Starch Copolymer and Its Strengthening Effect on Paper

MENG Ling
（Guangzhou Haisum Energy Technology.，Ltd.，Guangzhou 511400，China）

Some different substitution degree of cationic starch was chosen in this essay.Based on analyzing its structural performance，it combined with acrylic amide to prepare the acrylamide/cationic starch copolymer and studied that the different copolymers used as strengthened agent affected on the strength of paper t.The results showed that the substitution degree of cationic starch will influence its erformance，comparing with cationic starch，acrylamide/cationic starch copolymer will increase the paper strength obviously.For example，the copolymer，which was consisted cationic starch（DS=0.11）and 35%acrylamide，when the usage was 0.4%（based on oven dried pulp），the tensile index，bursting index and tear index increased 23.2%，36.1%and 39.1%，respectively.

cationic starch；acrylamide；acrylamide/cationic starch copolymer；paper strengthened agent

TS727+.2

A

1007-2225（2015）05-0013-03

蒙玲女士（1983-），工程師，區(qū)域經(jīng)理；主要研究方向：造紙化學(xué)品應(yīng)用及制漿造紙工程技術(shù)；E-mail：mengling0117@163.com。

2015-09-25（修回）

本文文獻(xiàn)格式：蒙玲．丙烯酰胺/陽(yáng)離子淀粉共聚物的合成及對(duì)紙張的增強(qiáng)作用［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（5）∶13-15．