利用高相对分子质量聚丙烯酰胺改善助留效果

刘军钛

（深圳市三力星聚合同创科技发展有限公司，广东深圳 518034）

利用高相对分子质量聚丙烯酰胺改善助留效果

刘军钛

（深圳市三力星聚合同创科技发展有限公司，广东深圳 518034）

文化用纸生产试验表明，在助留剂系统中引入更高相对分子质量的聚丙烯酰胺（PAM）是强化助留剂性能、改善纸机网部保留的一个有效手段。

聚丙烯酰胺；助留剂；相对分子质量

1 纸机助留面临的困难

经过30多年的发展，助留剂已成为造纸企业广泛使用的生产助剂。助留剂可以有效地降低网下白水浓度，这种效果一直被用来提高成形网上的纸幅浓度，减少原料流失。如今，在现代化抄纸条件下，使用助留剂的意义已经不再局限于助留助滤，而更是维持纸机正常运行和纸张质量稳定的重要保障。

国内造纸工业正处在快速发展期，“三高一低（高车速、高灰分、高白度、低质浆）”成为文化用纸、新闻纸和包装用纸生产企业各自追求的目标。造纸厂一方面提高车速、提高成纸灰分和白度。另一方面，则用阔叶木浆替换针叶木浆，用高得率浆替换化学浆，用废纸浆替换原生浆，用国产废纸替换进口废纸。这些措施虽然有利于降低生产成本，提高纸张产品的市场竞争力，但却会影响纸机的湿部化学环境。高车速增加纸浆流送过程的剪切力，高灰分、高白度以及低质浆则在纸浆中引入更多的干扰物质，加重助留剂的处理负担，降低助留剂的使用效率，最终导致助留剂越用越多，助留成本不断上升（图1）。

图1 抄纸技术发展对助留剂的影响

2 提高PAM相对分子质量以改善保留

在高车速和不良湿部化学条件下提高纸机的网部保留率，可从2方面入手，即：强化助留剂产品性能或改善湿部化学条件。对于造纸企业来说，实施后者复杂且有风险。首先需要面对“三高一低”的现实，寻找可以被改善的目标；其次湿部化学优化常常涉及多个参数，需要实际经验作为指导；再者优化是一个生产调整过程，一旦调整不当不仅达不到预期效果，还会影响正常生产。相比之下，实施前者只需要在市场上寻找合适的产品，既简单、又易行，显然是改善保留的最佳途径。

造纸助留剂系统均以高聚物为骨干，常用的高聚物是阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），它可以单独被使用，也可以和定着剂、微粒化学品等共用，组成多元助留剂系统。强化PAM使用性能的方法主要是增大阳电性密度或相对分子质量（图2）[1]。

图2 CPAM主要依靠相对分子质量和电荷密度而起作用

在实际应用中，增大电荷密度涉及多用昂贵的阳离子单体，因而会显著增加PAM产品的生产成本；而增大相对分子质量则主要依靠提高分子链长，对产品的成本影响轻微[2]。需要指出的是，这里并非主张使用很高相对分子质量的PAM产品，而是建议造纸企业根据自身助留特点，考虑改用比现有PAM相对分子质量更高的产品。

3 提高PAM相对分子质量对产品使用的影响

众所周知，PAM的作用机理为絮凝，直链相对分子质量愈高，絮凝作用愈强，对成纸匀度的影响也愈大。过去国内纸机的车速和成纸灰分都比较低，所用纸浆较为洁净，所以不能用相对分子质量很高的PAM，主流产品的相对分子质量一直在 500万～800万之间。如今，纸机的车速、成纸灰分和浆种都发生了很大的变化，从而为使用更高相对分子质量的PAM助留助滤剂创造了条件。

任何形态的PAM产品都需要经过溶解才能被加入纸浆。相对分子质量增加，PAM水溶液的黏度也随之上升，产品在水中的溶解时间变长。因此，使用更高相对分子质量的PAM时，首先需要选择造纸级的产品，保证产品具有良好的溶解性，防止不良供应商用水处理级的产品以次充好；其次在使用时需要根据现场制备设备和使用条件，对产品的溶解时间、溶解温度等作相应调整。

4 实际应用

最近，国内某大型文化纸厂的一台纸机在生产过程中试用相对分子质量更高的PAM，取得了较好的效果。

4.1 生产概述

该纸机为长网纸机，采用顶网成形，抄宽3 800 mm，生产定量为 60～100 g/m2的文化用纸，浆种包括漂白针叶木浆、自产漂白化苇浆及化机浆。使用碳酸钙做填料，成纸灰分约 28%。

4.2 助留剂系统

助留剂为超微粒助留剂系统，包括CPAM、膨润土和有机微粒等3种化学品。首先在压力筛前加入CPAM，然后在压力筛出口加入膨润土和有机微粒。其中CPAM具有较低的电荷密度，相对分子质量约为800万。试验用的CPAM与原用CPAM具有相同的电荷密度，但相对分子质量达到900万左右。

纸机网部保留率的控制采用手动连锁方式，即根据白水浓度变化由纸机操作工随时调整CPAM的加入量，以保持网下白水浓度始终处于设定范围。

4.3 试验过程

试验共进行了5 d，期间共生产80、75和70 g/m2等3种不同定量的纸张。浆料质量配比为木浆29%～30%，化机浆 33%～35%，化苇浆35%～38%。

试验期间除了更换 CPAM产品以外，所有湿部化学助剂的制备、添加方式及用量均保持不变，纸机车速维持在770 m/min左右。

试验过程中重点监测上网浓度、网下白水浓度以及湿部真空和干燥部蒸气消耗情况，纸张检验按车间日常成品检验项目及方法进行。

4.4 结果与分析

试验之前（“原用 CPAM”）和试验期间（“试验CPAM”）的平均数据见表1。

表1 助留剂助留助滤效果比较

从表1数据可以看出：

（1）与原用CPAM相比，采用更高相对分子质量的CPAM后，在白水浓度保持不变的情况下，CPAM的平均用量下降了约13%；

（2）干燥部蒸气总耗量下降约5%，湿部真空也有所下降，说明助滤效果有所改善；

（3）按当时价格计，仅PAM用量减少一项，吨纸成本平均节约 3元；

（4）成纸灰分略有提高，另外试验前、后纸张各项物理指标没有明显差异。

5 结论

在浆料质量较差、纸机车速较高的情况下，采用更高相对分子质量的PAM助留助滤剂是提高助留剂使用效果的一个有效手段。对于造纸企业来说，这种方法简单易行。生产试验结果表明，提高PAM的相对分子质量可以显著改善助留剂系统的助留助滤效果，从而达到降低助留剂用量及生产成本的目的。

［1］刘军钛.助留剂效果的影响因素及影响规律［J］.湖南造纸，2009，16（4）：20-23.

［2］刘军钛.聚丙烯酰胺主要性质及其对生产成本的影响［J］.中国造纸，2011，30（9）： 64-68.

Retention Improvement with Polyacrylamide of Higher Relative Molecular Weight

LIU Jun-tai
（Shenzhen Polyco Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518034，China）

The trial in the fine paper production showed that the use of polyacrylamide with higher molecular weight was an effective means to strengthen the performance of the retention aid system and to improve the retention at wire section.

polyacrylamide；retention aid；relative molecular weight

TS727+.2

A

1007-2225（2012）06-0007-03

2012-07-17

刘军钛先生（1960-），博士；长期从事助留剂的研发和应用工作，创建国内首家造纸助留剂专业网站 “助留专家网 www.retention.hk”；E-mail：ciminhuang@gmail.com。

本文文献格式：刘军钛.利用高相对分子质量聚丙烯酰胺改善助留效果[J].造纸化学品，2012，24（6）∶7-9.