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阴离子聚丙烯酰胺作造纸分散剂的若干影响因素

发布时间:2019-12-05 09:01:53     作者:波涛净水

阴离子聚丙烯酰胺作造纸分散剂的若干影响因素,涉及到分散剂本身,也涉及到使用时的具体环境条件等,从而回答了粉状阴离子聚丙烯酰胺分散剂从溶解到使用乃至存放当中的一些问题。

传统认为,分散剂分散纤维的机理是胶体附着在纤维表面,可以减少摩擦,助于纤维的滑动分散,现代理论则进一步从流体力学的角度给以解释,认为长链高分子聚合物的加入改变了纤维悬浮液的流变特性,使其具有较低的雷诺数,即流动状态较为有序,亦即纤维随流体流动的能力增强,从而减少了纤维的相对运动,也就减少了纤维间相互碰撞而产生的絮聚。

阴离子聚丙烯酰胺是目前普遍使用和较为有效的一种纤维分散剂,它是一种线性有机高聚物,其水溶液呈胶体状,有一定的粘度。

多年的应用与实践使笔者认识到分散液的粘度是影响分散的重要因素,一般说来,粘度越高分散效果越好。因而在文中多次用粘度数据进行不同产品的比较,文中所用的粘度值是指用涂4#杯测定时的秒数。众所周知,任何物质的粘度都会随温度的变化而变化。文中的粘度值虽不都是在标准状态下测定的,但每一组对比值均是在同一环境温度下测定的,故不失其说明问题的作用。

1、分子量的影响

80年代初的资料认为纤维分散剂应选用低分子量产品,但后来的资料和我们的实践均证明高分子量产品好。这里好,是指达到同样好的分散程度,成本较低。因为同一系列的产品高分子量产品比低分子量产品价格略高,而性能好得多。情况见表1、表2和表3。

表1不同分子量产品*的粘度及分散效果

项目/分子量 300万 600万
浓度g/l 0.25 14.0s 15.0s
0.05 13.1s 14.1s
分散效果 较好 很好

*产品均为抚顺化工六厂生产。

表1说明高分量比低分子量产品粘度高,分散效果好。

表2同浓度*下不同分子量产品粘度对比

产地及厂家/分子量 分子量(万) 粘度(s)
抚顺化工六厂 300 14.4
法国SNF公司 1800 32.0

*浓度均为0.25g/l。

从表2可见,在相同浓度下分子量高的产品其粘度也相应高。

表3同粘度*下不同分子量产品浓度对比

产地及厂家/分子量 分子量(万) 浓度(g/l)
抚顺化工六厂 300 0.05
法国SNF公司 1800 0.0125

*粘度均为13s。

表3说明达到相同的粘度(13s)时,高分子量产品较低分子量产品可大大降低浓度,即减少用量节约费用。

2、水解度的影响

有资料报导,在一定的水解度范围内高水解度产品的粘度较高。我们曾对SNF公司不同水解度的产品进行过对比,见表4。

表4相同分子量*不同水解度产品粘度对比

浓度(g/l)/水解度(%)/牌号

AN-926 AN-956
20 50
0.20 22.2s 39.4s
0.05 13.4s 13.6s

*分子量均为1800万。

从表4可见水解度高的产品粘度高。

3、水质影响

3.1水澄清度的影响

1993年我们在向静海县王口乡纸厂转让技术中发现分散剂用量相同效果不同,经査是水的澄清度不同所致,见表5。

表5水样的澄清状况对粘度及分散效果的影响

项目/水样 王口乡井水 天津自来水
水澄清状况
分散液粘度(g/l) 0.8 12.5s 13.9
0.4 11.8s 13.5
分散效果

从表5可见混浊水样影响了分散剂发挥作用。分析认为是其中一部分起了絮凝作用因而影响了其效果。

3.2pH值的影响

酸性水溶液对玻璃纤维具有很好的分散作用;阴离子聚丙烯酰胺水溶液对合成纤维有很好的分散作用。可是当我们把两种分散很好的浆液混合时,严重的絮聚现象发生了。这说明pH值对分散剂的作用有很大的影响。

3.3金属离子的影响

资料介绍高价金属离子如铁离子、铝离子是聚丙烯酰胺化学降解的催化剂。这些离子的混入当然会影响其分散作用,可见采用松香胶施胶的系统不易采用此分散剂,溶解和贮存设备也应当避免金属离子带入。

4、存放时间的影响

我们曾对使用的粉状阴离子聚丙烯酰胺进行了存放试验,结果如表6所示。

表6存放*对分散液粘度的影响

存放期(年)/浓度(g/l) 4 2 0.4 0.1
0 53.8 29.8 14.8 13.1
2 24.3 17.8 13.8 12.8

*指溶解前以粉状存放。

表6说明粉状产品存放时间较长会发生降解,而使其水溶液粘度下降。

当分散剂溶解于水中形成分散液再进行存放,则发现其降解更快,情况见表7。

表7不同分散液存放70小时粘度变化情况

编号/项目 分子量(万) 浓度(g/l) 存放前粘度(秒) 存放后粘度(秒)
1# 300 0.5 16.4 16.2
2# 1800 0.1 19.5 16.3

表7说明存放时间对液体分散剂影响更大,仅三天就发生降解,特别是高分子量产品降解严重。

5、溶解问题

通常高温、快速搅拌是促进溶解的有效方法,但对有机高聚物而言,过高的温度和过大的剪切力则会使其断链降解,性能下降。正确的溶解方法是常温水,中速搅拌,缓慢加料。加料速度过快易形成“鱼眼珠”,即外软内硬不利于扩散溶解。应该强调的是需要先加水后加料。下面表8的实验很能说明问题。

表8 不同溶解方法用时对比

试验号/项目 溶解方法 溶解时间(min)
1 先加料后加水 >70
2 先加水后加水 <30

通常分子量高较难溶解,溶解之后粘度也较大。但对于不同厂家和牌号的产品并非一定如此,表9就能说明这个问题。

表9不同产品的溶解*时间与粘度

产品产地/项目 溶解时间(min) 粘度(s)
日本 150 18.5
美国 180 17.1

表9说明难溶的未必溶后粘度一定高。

6、剪切对分散液粘度的影响

对于已溶解好的分散剂液体同样应回避过分剪切。为了说明问题曾用高速组织捣碎机进行过一组试验,见表10。

表10不同分子量产品耐剪性对比

分子量(万)/剪切时间(S) 0 30 60
300 28.9 27.8 27.3
1800 29.9 12.5 11.3

表10说明剪切确实可以降低分散液的粘度。分子量高的产品降解更快。这是因为高分子量产品粘度的由来是靠聚合度高即链长提供的;低分子量产品则主要靠物质的量来提供。这提示我们,在所采用的分散剂分子量不断提高的情况下,一定要选择适宜的溶解工艺与设备,如采用专门的溶解机,以更好地发挥高分子量产品的优越性。

7、可稀释性

表11列出了法国SNF公司两种产品的稀释情况对比。

表11不同品牌产品可稀释性比较

浓度(g/l)/产品牌号 FP-36S AN-926
0.25 27.3 29.80
0.20 21.77 22.17
0.10 17.18 17.73
0.07 16.23 15.23
0.05 14.69 13.40

表11说明未必起点粘度高的产品终点粘度一定高,也就是说不同牌号的产品其可稀释性是不同的。这就提示我们不但要考虑产品的单价还要考虑可稀释性,这样才能选择出既经济又有效的产品。

通常分散剂的粘度越大其分散效果越好。上边也多以粘度对比说明了问题,这足以说明粘度对分散效果的重要性。但是不能据此就认为粘度是衡量分散剂的单一尺度。

聚丙烯酰胺是一大类物质的总称,其产品规格很多,某些粘度大的产品未必适宜作分散剂,在对不同厂家的产品进行比较时尤其应该注意这一点,请参看表12。

表12不同厂家产品粘度及分散效果

编号/项目 生产厂 粘度(s) 分散效果
1# 抚顺化工六厂 13
2# 中南化工厂 15 较差

对表12的结果笔者分析认为当纤维种类、浆浓度一定时,加入了分散剂的系统中,其分散效果除与粘度有关外,还与电性、电位、液体密度及纤维受力情况等有关。在诸多因素联合起作用的同一体系中,某个一般情况下的主要因素完全有可能下降为次要因素,而出现所谓的异常情况。

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