丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的合成及对纸张的增强作用

蒙玲

（广州海诚能源科技有限公司，广东 广州　511400）

丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的合成及对纸张的增强作用

蒙玲

（广州海诚能源科技有限公司，广东 广州511400）

该文选取几种不同取代度的阳离子淀粉，在分析研究其结构性能的基础上，使其与丙烯酰胺（AM）共聚制备丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物，研究不同取代度阳离子淀粉和丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物作为纸张增强剂对纸张的增强作用。结果表明：阳离子淀粉的取代度影响其使用效果；与阳离子淀粉比较，丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物可显著提高纸张的强度性能，其中取代度为0.11的阳离子淀粉与用量为35%的丙烯酰胺共聚产物在其用量为0.4%（对绝干浆）时，纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别提高了23.2%、36.1%和39.1%。

阳离子淀粉；丙烯酰胺；丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物；纸张增强剂

阳离子淀粉作为造纸工业重要淀粉衍生物得到广泛应用，其原因是它对带阴电荷的物质有很好的亲和性，及结合后的不可逆性，其可作为纸张增强剂、表面施胶剂等［1-2］。水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺也是造纸工业重要的化学品，因其带有的酰胺基团可与纤维上的羟基形成氢键结合，是性能优异的纸张增强剂、助留助滤剂［3］［4］11［5-6］。纸张干增强剂（以下简称增强剂）作为造纸湿部重要的助剂，其首先要快速并完全地吸附在浆料纤维上，再通过其所含有的功能基团与纤维产生相互作用，从而达到提高纸张强度的目的；因此，本研究选用阳离子淀粉为主要原料，通过其与丙烯酰胺（AM）共聚制备丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物，研究阳离子淀粉取代度及丙烯酰胺用量对其纸张增强效果的影响。

1　实验

1.1主要实验材料

阳离子淀粉，自制，将玉米淀粉与N-（3-氯-2羟基）N，N，N-三甲基氯化铵（醚化剂）在一定条件下反应制备。本实验用阳离子淀粉取代度分别为：0.04、0.06、0.08和0.11。

丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物，自制，由丙烯酰胺与阳离子淀粉在一定条件下进行共聚反应制备。

桉木浆：巴西产，打浆度33°SR。

1.2实验方法

红外光谱分析：首先将供分析测试用的试样与KBr一起研磨，红外灯干燥后压片，用NICOLOTMAGNAIR760型红外光谱仪测定产物结构特性。

纸页抄造：称取一定量的纸浆，经疏解、添加增强剂后抄纸，再压榨、干燥得到纸样；纸样经24 h平衡水分后，按相关国家标准进行性能测试。纸张定量为50 g/m2。

2　结果与讨论

2.1丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物红外光谱分析

图1是丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的红外光谱。

图1　丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物红外光谱图

由图1可以发现，除了淀粉的特征吸收峰外，在1 669 cm-1、1 610 cm-1出现的特征吸收峰为丙烯酰胺的酰胺基特征吸收峰［7-8］，1 669 cm-1的强吸收峰为CO伸缩振动及酰胺 I谱带的重叠［4］29，1 470 cm-1附近的弱吸收峰是—CH2—N⊕亚甲基的特征吸收峰［9-10］。红外光谱图分析结果表明，其产物为丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物。

2.2不同取代度阳离子淀粉对纸张增强作用效果的影响

表1和表2是不同取代度阳离子淀粉对纸张增强效果的影响。

由表1可知，阳离子淀粉可提高纸张的强度性能，不同取代度的阳离子淀粉对纸张的增强效果不同，其中取代度为0.08的3号试样阳离子淀粉对纸张的增强效果相对最好，当其用量为0.4%（对绝干浆）时，纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别提高了12.1%、13.4%和14.1%。由表2可知，当阳离子淀粉用量为1.0%（对绝干浆）时，纸张的抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别增加18.8%、15.7%和25.3%。

表1　阳离子淀粉对纸张的增强作用

表2　不同取代度阳离子淀粉对纸张增强效果的影响

实验结果表明，作为纸张增强剂的阳离子淀粉其取代度，即阳离子淀粉所带有的阳电荷量，并非越大越好，其原因与阳离子淀粉与纤维间的相互作用密切相关。阳离子淀粉所带有的正电荷是通过与纤维表面所带的负电荷发生静电吸附而发挥作用的；然而纤维表面所带的负电荷有限，当阳离子淀粉所带的正电荷量大于纤维所带的负电荷量时，多余的正电荷不能发挥其作用。另一方面，由于形成多余正电荷使得淀粉原来所带的羟基数量减少，与纤维发生氢键作用的基团数量减少，使得它们之间的氢键作用受到影响，因此更高取代度的阳离子淀粉导致其对纸张增强效果减小；因此，作为纸张增强剂需选择适宜取代度的阳离子淀粉方可获得更好的纸张强度性能。

2.3丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物对纸张增强效果的影响

2.3.1不同取代度阳离子淀粉与丙烯酰胺共聚后其产物对纸张强度性能的影响

表3是不同取代度阳离子淀粉与丙烯酰胺共聚后其产物对纸张强度性能的影响［丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物用量为0.4%（对绝干浆）］。

表3　不同取代度阳离子淀粉与丙烯酰胺共聚后其产物对纸张强度性能的影响

由表3可知，丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物对纸张的增强效果显著，当其用量为0.4%（对绝干浆）时，纸张抗张指数由28.20 N·m/g提高至34.28～36.74 N·m/g，耐破指数由1.29 kPa·m2/g提高至1.75～2.02 kPa·m2/g，撕裂指数由4.42 mN·m2/g提高至5.84～7.26 mN·m2/g；其中4号试样的作用效果相对最好，纸张抗张指数提高了23.2%，耐破指数提高了36.1%，撕裂指数提高了39.1%。与表2阳离子淀粉作用效果比较发现，在本研究范围内，丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物使用的阳离子淀粉取代度越高，其增强效果越好。分析原因认为，这可能是由于丙烯酰胺聚合在淀粉分子中形成的支链结构影响了少量阳离子基团与纤维间的作用；因此，丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物宜选择阳离子度略高的阳离子淀粉。

2.3.2阳离子淀粉与不同丙烯酰胺用量共聚后其产物对纸张强度性能的影响

表4是阳离子淀粉与不同丙烯酰胺用量共聚后其产物对纸张强度性能的影响［丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物用量为0.4%（对绝干浆）］。

表4　阳离子淀粉与不同丙烯酰胺用量共聚后其产物对纸张强度性能的影响

由表4的实验结果可知，当丙烯酰胺用量由25%提高到35%时，其丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚的增强效果随着丙烯酰胺用量的增加而逐渐提高；当丙烯酰胺的用量由35%提高到40%时，丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的增强效果略有下降。分析原因认为，这可能还是因为丙烯酰胺聚合形成的支链影响了阳离子基团与纤维间的作用，这不仅影响了其与纤维间作用力，而且还可能影响了丙烯酰胺/阳离子淀粉在纸页中的留着，进而表现为纸页强度的下降。

3　结论

阳离子淀粉作为纸张增干强剂，其取代度对其作用效果影响很大，在相同用量下，适宜的取代度可使得其纸张获得更好的强度性能。丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物可显著提高纸张的强度性能，其中丙烯酰胺的用量和阳离子淀粉的特性均影响产物的使用性能，考虑到丙烯酰胺共聚后在淀粉分子上形成支链对产物与纤维间作用的影响，可选择取代度适当高些的阳离子淀粉；在本研究范围内，丙烯酰胺用量在35%时其丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的纸张增强效果相对最好。

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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-），工程师，区域经理；主要研究方向：造纸化学品应用及制浆造纸工程技术；E-mail：mengling0117@163.com。

2015-09-25（修回）

本文文献格式：蒙玲．丙烯酰胺/阳离子淀粉共聚物的合成及对纸张的增强作用［J］．造纸化学品，2015，27（5）∶13-15．