淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造紙工業中的應用研究現狀

李普慶(陜西理工學院　化學與環境科學學院,　陜西　漢中　723000)

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淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造紙工業中的應用研究現狀

李普慶
(陜西理工學院化學與環境科學學院,陜西漢中723000)

摘要：改性淀粉是常用的造紙化學品，作為研究較多的一類淀粉。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物能夠結合丙烯酰胺和淀粉各自的優點，作助留助濾劑、紙張增強劑及造紙廢水絮凝劑使用效果良好，價格低廉且易降解，在造紙工業中發揮著重要作用。結合文獻綜述了淀粉接枝丙烯酰胺聚合物作為造紙助劑的應用現狀，并對未來的發展做了展望。

關鍵詞：淀粉接枝丙烯酰胺造紙應用

0　前　言

改性淀粉在造紙工業中的應用已有很長一段時間，具有價格低廉、來源廣泛、穩定性好、生物降解和再生性強等優點，用量占到了造紙化學品的80%~90%[1-2]。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物是以淀粉為接枝骨架形成的具有剛柔結合的空間網狀大分子結構的高分子聚合物，克服了聚丙烯酰胺價格昂貴、穩定性差等缺點。可以通過中和電荷、交聯架橋、嵌入或吸附在紙漿纖維中進行網狀分布，達到很好地助留助濾及紙張增強效果。接枝聚合物具有更多的絮凝基團，如作造紙廢水絮凝劑，則應用成本低且效果好[3-5]，提升了淀粉的經濟價值，也拓展了改性淀粉的應用范圍。本文對淀粉接枝丙烯酰胺聚合物在造紙領域的應用做一綜述，結合相關文獻分析了用作造紙助劑的優勢，旨在為其更好地應用于造紙工業提供理論參考。

1　用作助留助濾劑

淀粉接枝丙烯酰胺的水溶性強于天然淀粉，同時其網狀結構有利于對纖維和細小填料的留著，還能增強濾水性，降低成形、壓榨和干燥過程的脫水能耗。對造紙工業來說，添加助留助濾劑是提高紙產量、減少能耗、降低成本的有效方法。大部分的助留助濾劑還兼具增加濕紙和干紙強度、改善紙張均勻度、提高紙張各項理化性質的作用，也減少了填料隨白水流失附加的廢水處理成本。

采用預先吸附乳化能使引發劑和單體最大程度地被吸附在淀粉團粒表面，成為單體的聚合中心，升溫再進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顯改善其親水性，在冷水中也具有較好的分散性，可形成穩定乳液。該乳液對紙漿表現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，共聚物對紙漿和滑石粉在網上的留著率提高幅度也越大[6]。以玉米淀粉和丙烯酰胺為原料、過硫酸銨為引發劑，制備的淀粉接枝聚丙烯酰胺聚合物用于造紙脫墨廢水處理、助留助濾及紙張增強效果均優于聚丙烯酰胺。隨著淀粉接枝聚丙烯酰胺用量的增加，紙張的定量隨之增加，撕裂度和耐折度逐漸下降，但抗拉強度和裂斷長先增加后減少[7-8]。

為了進一步提高助留助濾效果，有研究者將淀粉接枝丙烯酰胺聚合物和其他助留助濾劑復配使用。瓜爾膠呈雙層疊加狀，分子空間構成與纖維素非常相似，能牢固吸附到纖維上，不易受其他因素影響，是很好的助留助濾劑。瓜爾膠能以強的微絮聚的方式，像潤滑劑一樣使纖維表面平滑，纖維在分散時不纏結，從而提高紙頁勻度。非離子型瓜爾膠(NGG)與淀粉接枝聚丙烯酰胺(St-PAM)二元體系可以明顯提高新聞紙漿的濾水性能，提高漿料的Zeta電位及紙張抗張指數、碳酸鈣的留著率和緊度[9-10]。童阿國[11]在研究中發現，淀粉接枝丙烯酰胺的加入點不同，對紙漿的助濾、助留和增強功能有所差異，其中打漿后施膠前添加更有利于紙頁增強，而上網前高位箱內施加，則助濾、助留作用較明顯。若希望兩者兼備，可分別在兩處添加助劑。

2　用作增強劑

隨著廢紙回收再生漿及草漿量的增大，其纖維強度的先天不足導致紙張強度下降，高性能的紙張增強劑的研發意義重大[12]。紙張增強劑分為干強劑和濕強劑兩種，改性淀粉和聚丙烯酰胺均為常用的紙張增強劑，但也存在不同程度的缺陷，淀粉接枝丙烯酰胺更好地結合了兩者的優點，能為纖維提供更多的結合位點，與纖維有較強的吸附作用，用作紙張增強劑效果得到提升。

將腈乙基淀粉接枝陽離子聚丙烯酰胺制備成乳液用于紙張漿內增干強劑，由于乳液自身帶有大量電荷，自身的陽離子吸附在纖維表面上，所以當漿內微量添加時，無需加任何助留劑，且避免了淀粉和聚丙烯酰胺類增干強劑的缺陷，可以顯著提高紙張各項干強指數。用量為絕干漿質量的0.4%時，可使紙的環壓強度相對空白原紙提高29.5%，耐破度提高45%[13]。姚春麗等[14]的研究結果表明，接枝率為35.59%的淀粉接枝丙烯酰使用效果最好，對漿的最佳用量在0.8%左右，打漿度在46oSR左右，成紙的撕裂指數和抗張指數均提高2倍左右，耐折度由原來的229次變為278次。先將淀粉堿糊化，并將聚丙烯酰胺進行重排反應，重排后的產物與糊化淀粉共聚，產物作為造紙助劑用于紙袋紙生產中，用量僅需陽離子淀粉量的1/4就能達到很好的增強效果[15]。

陽離子淀粉作為制漿助劑，對帶負電荷的纖維及填料具有很強的吸附作用，還具有很好的纖維分散能力，而且糊液穩定，不易分層等，但是自身所帶電荷會影響紙漿的Zeta電位。王琳等[16]將陰離子聚丙烯酰胺的相對分子質量控制在30萬~50萬之間，將其與陽離子淀粉進行接共聚制備了分子量分布均勻的紙張增強劑，使用效果優于陽離子淀粉和聚丙烯酰胺單獨使用。令玉林等[17]研究了濕部應用條件對陽離子淀粉接枝聚丙烯酰胺提高紙張強度的影響，結果表明，助劑用量為0.5%較為合適，此時抗張指數增加21.5%，耐破指數增加51.0%，撕裂指數增加34.3%，環壓指數增加17.3%，耐折度增加72.2%。同時該助劑對增強紙張的耐折、耐破最為有效。pH對助劑的增強效果影響較大，各強度指標在pH值為6.5時最好。陽離子淀粉接枝丙烯酰胺過程中加入硅烷偶聯劑KH-570，在紙頁干燥過程中可形成立體交聯網狀，大大提高增強效果[18]。

3　造紙廢水絮凝劑

淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物將淀粉親水的剛性鏈與聚丙烯酰胺柔性支鏈結合起來形成網狀結構，增多了分子中的羥基和酰胺基數目，絮凝效果比未改性聚丙烯酰胺好；同時其接枝共聚的支鏈適當地分散了絮凝基團，絮凝空間增大。因此，其具有適用范圍廣、用量少、成本低、不產生二次污染等優點，是一種新型的綠色造紙廢水處理劑。莊云龍等[19]采用實驗室研制的顆粒淀粉與丙烯酰胺接枝共聚產物作絮凝劑對廢紙脫墨廢水進行處理，效果良好。

漂白廢水毒性較大，含有多種有機氯化物，利用改性的天然有機高分子絮凝劑處理漂白廢水相比其他物理及生物法成本低。文獻[20]綜合報道了淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝劑與其他絮凝劑對漂白廢水的絮凝效果，并確定淀粉接枝聚丙烯酰胺絮凝劑和明礬配合使用的合適配比為1∶1使用時對漂白廢水進行處理效果最好。廖益強等[21]以玉米淀粉和丙烯酰胺為原料、硝酸鈰銨為引發劑，通過接枝共聚反應對淀粉進行改性，合成了淀粉/丙烯酰胺接枝共聚物(SAM)，用于混合造紙廢水處理，當 SAM 絮凝劑用量為12 mg/L、廢水pH值7~9、溫度30 ℃條件下，CODCr去除率為88.4%，濁度去除率為91.2 %，BOD5去除率為85.5%，處理后廢水透光率達93.3%。

吳艷華等[22]用陽離子淀粉與丙烯酰胺接枝后季銨化產品替代陽離子聚丙烯酰胺處理造紙白水，達到了很好的處理效果，并克服了陽離子聚丙烯酰胺水溶液產品存在的濃度低、設備利用率低、存放不穩定、不利于產品的貯存和運輸等缺點。同陽離子聚丙烯酰胺相比，季銨化產品濃度高，黏度低，易溶解，存放穩定，而且使用成本低。

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4　結束語

淀粉接枝丙烯酰胺是多功能的造紙助劑，與聚丙烯酰胺相比具有穩定性強、適應范圍廣、絮凝能力強等特點，而且可生物降解，污染小，這些優勢倍受造紙行業的青睞，作為造紙助劑在提升使用效果的同時還降低了使用成本，吸引著越來越多的研究者。但是與聚丙烯酰胺相比，還沒有形成自己的市場，目前大量的研究只局限于實驗室研究階段，因此很多工業化應用過程的難題還需克服。淀粉接枝丙烯酰胺聚合物已經在造紙工業中展現出良好的應用前景，值得深入研究，也必將取得更多成果。

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李普慶（1992—）男化工專業本科在讀。

郵箱：lipq2014@163.com聯系電話：13484994908

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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