王淑玲，王明權，譚　穎，徐　昆，張文德，王丕新

（1.中國科學院長春應用化學研究所，吉林 長春　130022；2.杭州師范大學，浙江杭州　310014）

水分散型陽離子聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系中的應用

王淑玲2，王明權1，譚穎1，徐昆1，張文德1，王丕新1

（1.中國科學院長春應用化學研究所，吉林 長春130022；2.杭州師范大學，浙江杭州310014）

該文研究了水分散型陽離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系在國廢漿料造紙中的留著及濾水性能。研究結果表明：采用水分散聚合方法合成的雙元助留助濾體系，由于獨特的合成工藝，使其具有相對分子質(zhì)量分布窄、溶解速度快等特性，在提高紙漿的留著率及濾水性能的同時，能提供穩(wěn)定的陽離子電荷，適用于處理富含陰離子垃圾的紙漿，降低網(wǎng)下白水濃度，提高白水的回用率。

水分散體；陽離子型聚丙烯酰胺；助留助濾；白水回用

隨著環(huán)境保護日益被人們所重視，利用廢紙造紙技術的不斷發(fā)展，廢紙回收利用率越來越高。另外，現(xiàn)代紙機也不斷向高速化、大型化、多網(wǎng)化發(fā)展，由于漿料的多樣化、復雜化，造紙化學品種類繁多及白水封閉回用，使造紙網(wǎng)下白水的細小纖維、無機填料以及造紙化學品殘余累計量也越來越多［1-2］。其結果，一方面造成對水質(zhì)的污染，增加污水回用難度以及排放處理成本；另一方面填料及化學品的流失造成浪費，也增加了生產(chǎn)成本；因此，根據(jù)造紙工藝流程，從污染源控制入手，優(yōu)選高效的助留助濾體系，提高漿料和化學品的留著率，降低網(wǎng)下白水濃度，使造紙白水能夠全部回用到生產(chǎn)工藝中，可達到降廢減排、保護環(huán)境、節(jié)約用水的目的［3-7］。

水分散型高分子材料的制備技術是以水為反應介質(zhì)，無需有機溶劑和表面活性劑；它克服了傳統(tǒng)水溶膠型、乳液型和干粉型產(chǎn)品的諸多技術問題，具有合成生產(chǎn)工藝簡單、能源消耗低、無粉塵和無二次污染等優(yōu)點；其合成條件和方式完全符合“綠色化學”的發(fā)展方向，是水溶性高分子領域的研究和開發(fā)的重點。由于其獨特的合成工藝，產(chǎn)品相對分子質(zhì)量分布窄，相對分子質(zhì)量可控性強；在不同pH范圍、不同鹽濃度條件下，能提供穩(wěn)定的陽離子電荷，在應用方便及環(huán)境友好等方面的優(yōu)越性也是顯而易見的［8-9］。

本文中，筆者合成了2種水分散型陽離子聚丙烯酰胺，復配構成雙元助留助濾體系［10］，與市場上現(xiàn)有的相關產(chǎn)品進行比較，考查了水分散型產(chǎn)品的留著及濾水性能，并進行了紙機現(xiàn)場應用試驗，均取得了滿意的效果。

1　實驗部分

1.1實驗原料

紙漿，取自浙江宇信紙業(yè)有限公司，100%國廢紙漿，Zeta電位為-13.1 mV，顆粒電荷（PCD值）為-830 μeq/L。水分散型陽離子聚丙烯酰胺助留劑（CR 6010），陽離子度為35%，重均相對分子質(zhì)量為8.0×106，自制；水分散型陽離子聚丙烯酰胺助濾劑（CD 8010），陽離子度為35%，重均相對分子質(zhì)量為4.0×106，自制。

1.2測試儀器

瑞士BTG公司生產(chǎn)的DFR-05動態(tài)濾水儀，SZP-10纖維Zeta電位儀，PCD-04 Travel顆粒電荷測定儀。

1.3試驗方法

取質(zhì)量分數(shù)為0.5%的紙漿1 000 mL，加入到DFR-05動態(tài)濾水儀中，測定其留著率和網(wǎng)下白水濃度及濾水效果。測試條件如下。轉速：700 r/min運行10 s，800 r/min運行10 s，400 r/min運行1 s。設定值：網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度為3.5 g/L，灰分質(zhì)量濃度為1.0 g/L。加藥時間：第1試劑在第10 s加入，第2試劑在第14 s加入。化學品配制為質(zhì)量分數(shù)0.16%的稀溶液，添加總量為漿料質(zhì)量的200×10-6～530×10-6。

取質(zhì)量分數(shù)0.5%的紙漿500 mL，加入到SZP-10纖維 Zeta電位測定儀中，檢測其纖維表面電荷的變化。

取網(wǎng)下白水濾液10 mL，加入到PCD-04 Travel顆粒電荷測定儀中，測定其網(wǎng)下白水的顆粒電荷。

2　結果與討論

2.1水分散雙元助留助濾劑對留著及濾水的影響

造紙濕部過程是一個復雜的物理和化學過程，為了加強漿料的濾水性以提高紙機速度，增加細小纖維和填料等留著，減少資源浪費，提高白水封閉循環(huán)程度，穩(wěn)定濕部運行，其高效多功能復合助留助濾體系至關重要。該體系歷經(jīng)了單元助留助濾體系、微粒助留助濾體系及雙元助留助濾體系的發(fā)展過程［11］。

采用DFR-05動態(tài)濾水儀測定留著率和網(wǎng)下白水濃度及濾水效果，考查對100%國廢漿料加入不同劑量的水分散型雙元助留助濾劑化學品時的留著及濾水情況。結果見表1。

表1　助留助濾劑用量對紙漿的保留和濾水性能的影響

如表1所示，加入雙元助留助濾體系后，紙漿的留著和濾水情況均明顯提升。當固定助濾劑w（CD 8010）=60×10-6時，隨著助留劑CR 6010用量的增加，總留著率和灰分留著率呈增加的趨勢；當固定助留劑w（CR 6010）=330×10-6時，隨著助濾劑CD 8010用量從60×10-6增加到200×10-6，其留著率從78.2%提高到87.5%，100 s濾水從678 g提高到800 g以上。

2.2不同雙元助留助濾體系對紙漿的留著及濾水的影響

將不同的雙元助留助濾體系分別添加入到100%國廢漿料中（添加總量為漿料質(zhì)量的400×10-6），包括自制的水分散型陽離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾劑（CIAC）產(chǎn)品及市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品（S1和S2），考查對紙漿的留著及濾水情況。其結果見圖1和表2。

圖1　不同雙元助留助濾體系對紙漿的留著（a）及濾水（b）效果

表2　不同雙元助留助濾體系對紙漿的留著和濾水性能

由圖1和表2可見，當紙漿中雙元助留助濾體系添加總量均為400×10-6時，在總留著率和灰分留著率方面，S2與水分散型產(chǎn)品能提高留著率30百分點左右；S1產(chǎn)品提高20百分點左右。100 s濾水性能和打漿度則是水分散型產(chǎn)品最佳。同時，使用水分散型產(chǎn)品時，濾液的PCD、Zeta電位值相對較高，改變了纖維和細小組分的表面電荷特性，增加了漿料中細小纖維和填料的留著，降低了水中細小纖維濃度，減少了纖維和填料的流失。上述表明，水分散型產(chǎn)品的特殊結構和較高的陽離子度適用于處理富含陰離子垃圾的國廢紙漿。

2.3現(xiàn)場應用數(shù)據(jù)

浙江宇信紙業(yè)有限公司是一家專業(yè)從事高強瓦楞紙類的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的企業(yè)。我們與廠家合作在3200高強瓦楞小紙機進行現(xiàn)場應用試驗，其原工藝中污泥全部回用，網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度達0.6 g/L以上，較高的白水濃度為造紙污水的后處理和中水回用帶來較大的壓力。通過采用水分散型助留助濾劑CR 6010和CD 8010現(xiàn)場復配使用，紙機網(wǎng)下白水質(zhì)量濃度降到0.2 g/L左右，白水濃度下降了66%；成紙的環(huán)壓強度指數(shù)從原來的6.30 N·m/g提高到7.01 N·m/g。在提高企業(yè)白水回用率的同時，進一步提升了企業(yè)的成紙紙品性能。

3　結論

（1）采用水分散型陽離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系，可顯著提高漿料的留著和濾水效果，減少化學品的流失，降低生產(chǎn)成本。

（2）與目前市場上使用的國內(nèi)外產(chǎn)品相比，水分散型產(chǎn)品在提高紙漿的留著率及濾水性能的同時，能提供穩(wěn)定的陽離子電荷，適用于處理富含陰離子垃圾的紙漿。

（3）通過現(xiàn)場紙機運行試驗表明，水分散型陽離子聚丙烯酰胺雙元助留助濾體系可顯著降低網(wǎng)下白水濃度，在提高企業(yè)白水回用率的同時，也能提升企業(yè)的紙品性能。

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［11］Gullichsen J，Paulapuro H.Papermaking science and technology［M］．Helsinki：FinnishPaperEngineers，AssociationandTAPPI：1999．

Application of Cationic Polyacrylamide Dispersion as the Retention Drainage Aid of Papermaking Fields

WANG Shu-ling2，WANG Ming-quan1，TAN Ying1，XU Kun1，ZHANG Wen-de1，WANG Pi-xin1
（1.Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Science，Changchun 130022，China；2.Hangzhou Normal University，Hangzhou 310014，China）

In this manuscript，cationic polyacrylamide dispersions are used to construct the two-component retention/ drainage system to investigate its retention and drainage performance for waste paper pulp.The results indicated that cationic polyacrylamide derivated from dispersion polymerization possessed narrow macromolecular distribution and rapid dissolution rate.Moreover，the cationic polyacrylamide dispersions can provide much more cationic charge compared with the common products on current market.This fact facilitates its application for paper pulp with amounts of anionic trash.In addition，the cationic polyacrylamide dispersions can efficiently decrease the white water consistency.In the meanwhile，the paper performance can also be elevated.

water dispersions；cationic polyacrylamide；retention and drainage；white water reuse

TS727+.2

A

1007-2225（2015）02-0032-03

王淑玲女士（1972-），博士，講師，高級工程師；電話：0571-28868269；E-mail：wsling222@163.jl.com。

王丕新先生（1961-），博士，研究員，博士生導師；主要從事水性樹脂合成方法及結構的研究；電話：0431-85262629；E-mail：pxwang@ciac.jl.cn。

本文文獻格式：王淑玲，王明權，譚穎，等．水分散型陽離子聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系中的應用［J］．造紙化學品，2015，27（2）∶32-34．

2015-03-06（修回）

浙江省科技發(fā)展計劃科技特派員專項（20131232i37）