淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造纸工业中的应用研究现状

李普庆(陕西理工学院　化学与环境科学学院,　陕西　汉中　723000)



淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造纸工业中的应用研究现状

李普庆
(陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中723000)

摘要：改性淀粉是常用的造纸化学品，作为研究较多的一类淀粉。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物能够结合丙烯酰胺和淀粉各自的优点，作助留助滤剂、纸张增强剂及造纸废水絮凝剂使用效果良好，价格低廉且易降解，在造纸工业中发挥着重要作用。结合文献综述了淀粉接枝丙烯酰胺聚合物作为造纸助剂的应用现状，并对未来的发展做了展望。

关键词：淀粉接枝丙烯酰胺造纸应用

0　前　言

改性淀粉在造纸工业中的应用已有很长一段时间，具有价格低廉、来源广泛、稳定性好、生物降解和再生性强等优点，用量占到了造纸化学品的80%~90%[1-2]。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物是以淀粉为接枝骨架形成的具有刚柔结合的空间网状大分子结构的高分子聚合物，克服了聚丙烯酰胺价格昂贵、稳定性差等缺点。可以通过中和电荷、交联架桥、嵌入或吸附在纸浆纤维中进行网状分布，达到很好地助留助滤及纸张增强效果。接枝聚合物具有更多的絮凝基团，如作造纸废水絮凝剂，则应用成本低且效果好[3-5]，提升了淀粉的经济价值，也拓展了改性淀粉的应用范围。本文对淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造纸领域的应用做一综述，结合相关文献分析了用作造纸助剂的优势，旨在为其更好地应用于造纸工业提供理论参考。

1　用作助留助滤剂

淀粉接枝丙烯酰胺的水溶性强于天然淀粉，同时其网状结构有利于对纤维和细小填料的留着，还能增强滤水性，降低成形、压榨和干燥过程的脱水能耗。对造纸工业来说，添加助留助滤剂是提高纸产量、减少能耗、降低成本的有效方法。大部分的助留助滤剂还兼具增加湿纸和干纸强度、改善纸张均匀度、提高纸张各项理化性质的作用，也减少了填料随白水流失附加的废水处理成本。

采用预先吸附乳化能使引发剂和单体最大程度地被吸附在淀粉团粒表面，成为单体的聚合中心，升温再进行淀粉和丙烯酰胺的接枝共聚。在天然淀粉上接枝聚丙烯酰胺可以明显改善其亲水性，在冷水中也具有较好的分散性，可形成稳定乳液。该乳液对纸浆表现出良好的絮凝助留作用，淀粉接枝共聚物中丙烯酰胺的接枝百分率越高，共聚物对纸浆和滑石粉在网上的留着率提高幅度也越大[6]。以玉米淀粉和丙烯酰胺为原料、过硫酸铵为引发剂，制备的淀粉接枝聚丙烯酰胺聚合物用于造纸脱墨废水处理、助留助滤及纸张增强效果均优于聚丙烯酰胺。随着淀粉接枝聚丙烯酰胺用量的增加，纸张的定量随之增加，撕裂度和耐折度逐渐下降，但抗拉强度和裂断长先增加后减少[7-8]。

为了进一步提高助留助滤效果，有研究者将淀粉接枝丙烯酰胺聚合物和其他助留助滤剂复配使用。瓜尔胶呈双层叠加状，分子空间构成与纤维素非常相似，能牢固吸附到纤维上，不易受其他因素影响，是很好的助留助滤剂。瓜尔胶能以强的微絮聚的方式，像润滑剂一样使纤维表面平滑，纤维在分散时不缠结，从而提高纸页匀度。非离子型瓜尔胶(NGG)与淀粉接枝聚丙烯酰胺(St-PAM)二元体系可以明显提高新闻纸浆的滤水性能，提高浆料的Zeta电位及纸张抗张指数、碳酸钙的留着率和紧度[9-10]。童阿国[11]在研究中发现，淀粉接枝丙烯酰胺的加入点不同，对纸浆的助滤、助留和增强功能有所差异，其中打浆后施胶前添加更有利于纸页增强，而上网前高位箱内施加，则助滤、助留作用较明显。若希望两者兼备，可分别在两处添加助剂。

2　用作增强剂

随着废纸回收再生浆及草浆量的增大，其纤维强度的先天不足导致纸张强度下降，高性能的纸张增强剂的研发意义重大[12]。纸张增强剂分为干强剂和湿强剂两种，改性淀粉和聚丙烯酰胺均为常用的纸张增强剂，但也存在不同程度的缺陷，淀粉接枝丙烯酰胺更好地结合了两者的优点，能为纤维提供更多的结合位点，与纤维有较强的吸附作用，用作纸张增强剂效果得到提升。

将腈乙基淀粉接枝阳离子聚丙烯酰胺制备成乳液用于纸张浆内增干强剂，由于乳液自身带有大量电荷，自身的阳离子吸附在纤维表面上，所以当浆内微量添加时，无需加任何助留剂，且避免了淀粉和聚丙烯酰胺类增干强剂的缺陷，可以显著提高纸张各项干强指数。用量为绝干浆质量的0.4%时，可使纸的环压强度相对空白原纸提高29.5%，耐破度提高45%[13]。姚春丽等[14]的研究结果表明，接枝率为35.59%的淀粉接枝丙烯酰使用效果最好，对浆的最佳用量在0.8%左右，打浆度在46oSR左右，成纸的撕裂指数和抗张指数均提高2倍左右，耐折度由原来的229次变为278次。先将淀粉碱糊化，并将聚丙烯酰胺进行重排反应，重排后的产物与糊化淀粉共聚，产物作为造纸助剂用于纸袋纸生产中，用量仅需阳离子淀粉量的1/4就能达到很好的增强效果[15]。

阳离子淀粉作为制浆助剂，对带负电荷的纤维及填料具有很强的吸附作用，还具有很好的纤维分散能力，而且糊液稳定，不易分层等，但是自身所带电荷会影响纸浆的Zeta电位。王琳等[16]将阴离子聚丙烯酰胺的相对分子质量控制在30万~50万之间，将其与阳离子淀粉进行接共聚制备了分子量分布均匀的纸张增强剂，使用效果优于阳离子淀粉和聚丙烯酰胺单独使用。令玉林等[17]研究了湿部应用条件对阳离子淀粉接枝聚丙烯酰胺提高纸张强度的影响，结果表明，助剂用量为0.5%较为合适，此时抗张指数增加21.5%，耐破指数增加51.0%，撕裂指数增加34.3%，环压指数增加17.3%，耐折度增加72.2%。同时该助剂对增强纸张的耐折、耐破最为有效。pH对助剂的增强效果影响较大，各强度指标在pH值为6.5时最好。阳离子淀粉接枝丙烯酰胺过程中加入硅烷偶联剂KH-570，在纸页干燥过程中可形成立体交联网状，大大提高增强效果[18]。

3　造纸废水絮凝剂

淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物将淀粉亲水的刚性链与聚丙烯酰胺柔性支链结合起来形成网状结构，增多了分子中的羟基和酰胺基数目，絮凝效果比未改性聚丙烯酰胺好；同时其接枝共聚的支链适当地分散了絮凝基团，絮凝空间增大。因此，其具有适用范围广、用量少、成本低、不产生二次污染等优点，是一种新型的绿色造纸废水处理剂。庄云龙等[19]采用实验室研制的颗粒淀粉与丙烯酰胺接枝共聚产物作絮凝剂对废纸脱墨废水进行处理，效果良好。

漂白废水毒性较大，含有多种有机氯化物，利用改性的天然有机高分子絮凝剂处理漂白废水相比其他物理及生物法成本低。文献[20]综合报道了淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂与其他絮凝剂对漂白废水的絮凝效果，并确定淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝剂和明矾配合使用的合适配比为1∶1使用时对漂白废水进行处理效果最好。廖益强等[21]以玉米淀粉和丙烯酰胺为原料、硝酸铈铵为引发剂，通过接枝共聚反应对淀粉进行改性，合成了淀粉/丙烯酰胺接枝共聚物(SAM)，用于混合造纸废水处理，当 SAM 絮凝剂用量为12 mg/L、废水pH值7~9、温度30 ℃条件下，CODCr去除率为88.4%，浊度去除率为91.2 %，BOD5去除率为85.5%，处理后废水透光率达93.3%。

吴艳华等[22]用阳离子淀粉与丙烯酰胺接枝后季铵化产品替代阳离子聚丙烯酰胺处理造纸白水，达到了很好的处理效果，并克服了阳离子聚丙烯酰胺水溶液产品存在的浓度低、设备利用率低、存放不稳定、不利于产品的贮存和运输等缺点。同阳离子聚丙烯酰胺相比，季铵化产品浓度高，黏度低，易溶解，存放稳定，而且使用成本低。

我暗自庆幸，跌了个大跟头又起来了。然而好景不长，1957年“反右”，我被定为“中右”。1959年反“右倾”，我是重点批判对象。大学毕业，班上相当一部分同学留校继续深造，只有我一人分配至基层农场。“文化大革命”开始后，我又被当作重点“牛鬼蛇神”批斗了三年。此时的我，心灰意冷，几乎绝望了。我后悔当初没有留在香港，后悔不该结婚拖累妻女。

4　结束语

淀粉接枝丙烯酰胺是多功能的造纸助剂，与聚丙烯酰胺相比具有稳定性强、适应范围广、絮凝能力强等特点，而且可生物降解，污染小，这些优势倍受造纸行业的青睐，作为造纸助剂在提升使用效果的同时还降低了使用成本，吸引着越来越多的研究者。但是与聚丙烯酰胺相比，还没有形成自己的市场，目前大量的研究只局限于实验室研究阶段，因此很多工业化应用过程的难题还需克服。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物已经在造纸工业中展现出良好的应用前景，值得深入研究，也必将取得更多成果。

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李普庆（1992—）男化工专业本科在读。

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Application of Starch Graft Acrylamide Polymer in Papermaking Industry

LI Puqing

(College of Chemistry & Environmental Science of Shaanxi University of Technology, Hanzhong Shaanxi 723000) Abstract: Modified starch is a commonly used paper chemicals, as an outstanding representative of study, starch graft acrylamide polymer combined the advantages of acrylamide and starch and play an important role in the papermaking industry, used as retention and drainage agent, paper reinforcing agent and papermaking wastewater flocculant were better, and which is low price and easy to degrade. The application status of starch graft acrylamide polymer as papermaking chemicals was summarized based on references and the future development of starch graft acrylamide was prospected.

KeyWords:Starch;Graft;Acrylamide;Papermaking;Application;

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