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两性聚丙烯酰胺的应用

时间:2021-05-15 08:38:02点击:0

两性聚丙烯酰胺的应用

由于两性聚丙烯酰胺独特的结构和特性,在很多领域都有应用,下文就主要在造纸领域的运用进行介绍。

1、在造纸中的应用

经济和环保已成为造纸业的趋势,纸张的较低定量更低,填充料更多,二次纤维的利用更多,白水系统更封闭。这些变化都将导致纸张强度的降低。此外,抄纸车速和印刷速度的加快对纸张强度要求提高,防止因机械的高速运转带来的断纸。达到纸张强度要求的难度越来越大。在这种情况下,人们越来越关注两性干强剂的发展和研究。尽管两性干强剂已用于实际生产,但是对于它们增强机理尚未完全弄清。生产中干强剂常加于浆的悬浮液中,大多数聚合物和纤维的相互反应发生在这一胶体阶段,控制这些相互作用就能够控制最终产品的质量。因此,在将来进一步发展干强剂中,研究和了解两性干强剂的胶体性质具有较大意义,也有可能解决环境问题和纸质要求。

1.1 干强剂

造纸中干强剂的增干强机理是增加纤维与纤维及纤维与干强剂之间的氢键。理论上能与纤维形成氢键的高聚物都能用作干强剂,常用的干强剂有聚丙烯酰胺、淀粉、壳聚糖,目前使用较多的是改性淀粉。聚丙烯酰胺具备较高的水溶性,环境友好,使用方便,且用量是淀粉的1/10-1/5,就能达到较高的增干强效果。据报道,不论是阳离子淀粉还是阳离子聚丙烯酰胺(PAM)的增干强性能都不及两性聚合物。

Song等用AM、IA、DMAPAA溶液共聚聚法制得两性聚丙烯酰胺,比较了不同离子度的两性聚丙烯酰胺及阴离子、阳离子聚丙烯酰胺(相对分子质量均在300万左右)在1%(对绝干浆质量)使用量与AlCl3配合使用时漂白硫酸盐阔叶浆成纸的断裂长从单一型聚丙烯酰胺的3.0km(阴离子型)和3.5km(阳离子型),增加到4-4.8km。

朱文远等用AM、MA、DMC溶液共聚合成两性聚丙烯酰胺(AmPAM),又用壳聚糖、AM、MA、DMC接枝共聚合成壳聚糖改性两性聚丙烯酰胺(CAmPAM)。两性聚丙烯酰胺用于漂白麦草浆抄纸,用量为0.6%,与进口阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)相比,AmPAM的增断裂长效果略优,而增耐破效果略差。使用CAmPAM成纸的断裂长和耐破指数都优于AmPAM,耐破指数也与进口使用CPAM的纸张相差0.5kPam/g。用于草木(漂白硫酸盐阔叶浆)混合浆,效果类似。CAmPAM与其AmPAM、PAE(聚酰胺)等配合使用效果更佳,且通过测定白水电导率,证实两性产物优越的去除阴离子能力。

殷伟芬等用AA、丙烯腈(AN)、改性丙烯酰胺(CAM)为原料,MPA为促引剂,制得两性聚丙烯酰胺。用于餐饮原纸、高档文化用纸,成纸挺度提高18%-20%,裂断长提高20%-25%,耐折度提高60%-90%。

1.2 助留助滤剂

徐青林等利用水解反应和霍夫曼反应改性的两性聚丙烯酰胺,并应用于漂白芦苇浆,在增强成纸干强度同时具备较好的助留作用,可提高定量3.3%左右。对脱墨废报纸浆及碱法麦草浆均具备较好的助滤作用,对阴离子杂质较多的废报纸脱墨浆尤为明显。

杨开吉等用反相微乳液法制备两性聚合物微粒型助留助滤剂过程中,pH值对两性聚合物助留助滤性能的影响。结果表明,随着,pH值的增加,两性聚合物的助留助滤性能得到提高,当pH值为7.12时,两性聚合物的助留助滤性能较好。

1.3 絮凝剂

两性聚丙烯酰胺絮凝剂的作用机理是通过电中和,降低胶体的表面电荷,同时高分子链将多个胶粒连接在一起形成大胶粒,稳定性降低沉淀下来。

张红杰以AMPS、AM、DMC为单体溶液共聚经二次引发制得相对分子质量1000万左右的两性聚丙烯酰胺,与用聚合氯化铝(PAC) 于处理废纸脱墨废水,CODcr去除率大85%,废水浊度降低97.7%,AmPAM与PAC具有较好的协同作用,且与无机絮凝剂相比用量低。

据文献统计,在纸浆中加入0.25%-0.5%的两性PAM,能使纸浆沉降速度提高10%-15%,并大幅度降低白水的浓度,悬浮物降至50mg/L以下。

2、在其他领域的应用

除在造纸工业中,两性聚丙烯酰胺在其他领域也有广泛应用。

高分子量的聚丙烯酰胺石油开发常用作驱油剂,王玉峰等针对部分水解聚丙烯酰胺驱油剂耐温性抗盐性差的问题,AM、AMPS、DMC为单体,用脲助溶,以偶氮二异丁氰、过氧化氢和氯化亚铁为引发剂,叔丁醇为链转移剂,合成两性聚丙烯酰胺。与部分水解聚丙烯酰胺相比,耐温性与抗盐性明显提高。此外,两性聚丙烯酰胺在钻井、固井、完井修井、压裂、三次采油中都有应用。两性产物的分子链上同时含有阴离子基团和阳离子基团,与单一的阴离子型和阳离子型聚合物都能结合,而且两性聚合物具备较高的耐温、耐盐特性,适合用于油田开发。钻井液处理剂(降滤失剂、增黏剂、降黏剂、包被抑制剂),堵水剂,驱油剂,固井水泥外加剂,压裂液添加剂,油田水处理剂。

丙烯酸树脂在制革中常用作复鞣剂,两性复鞣剂可有效地解决败色问题。马建中等用季铵盐羧酸型两性聚丙烯酰胺作皮革复糅固色剂,坯革的丰满性较好,且染色性能良好,阳离子加强了染料的固定,耐干擦等级提高0.5-1个等级,同时物理机械性能良好,具备较高的柔软性和断裂伸长率。张静等还介绍了一些其他两性聚丙烯酰胺作为复鞣剂在皮革工业中的应用。棉织物染色过程中,两性聚丙烯酰胺也可用于直接染料的固色。

污水处理中聚丙烯酰胺作为絮凝剂处理污水,具备较宽的pH值适用范围。李翻梅以AM、阳离子单体MBK和阴离子单体DMC,三元共聚合成两性聚丙烯酰胺用于污水(工业污水、生活污水)处理絮凝剂,这种絮凝剂黏度高,溶解性能良好,投入量低,一般为0.001%-0.02%,可达到良好的絮凝效果。美国有43%的PAM用于水处理,两性PAM与其他的无机絮凝剂相比,具有品种齐全、生产中用量少、沉降速度快、生成泥渣少,后处理简单等优点,可满足不同废水处理的使用要求。

另外,聚丙烯酰胺在矿冶工业中用于脱水和强化脱水,在建筑材料中作为装饰黏结剂、水泥添加剂等,农林领域作保水剂,在医学上用作药物缓释剂、栓塞剂。环境、建筑、选矿、污泥脱水等领域两性聚丙烯酰胺也有应用,在单一型聚丙烯酰胺使用的领域,也可尝试使用两性聚丙烯酰胺。两性聚电解质的应用广泛,而作为一种典型的两性聚电解质,两性聚丙烯酰胺将在更多的领域得到更多的应用。