丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的合成及對紙張的增強作用

蒙玲

（廣州海誠能源科技有限公司，廣東 廣州　511400）

丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的合成及對紙張的增強作用

蒙玲

（廣州海誠能源科技有限公司，廣東 廣州511400）

該文選取幾種不同取代度的陽離子淀粉，在分析研究其結構性能的基礎上，使其與丙烯酰胺（AM）共聚制備丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物，研究不同取代度陽離子淀粉和丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物作為紙張增強劑對紙張的增強作用。結果表明：陽離子淀粉的取代度影響其使用效果；與陽離子淀粉比較，丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物可顯著提高紙張的強度性能，其中取代度為0.11的陽離子淀粉與用量為35%的丙烯酰胺共聚產物在其用量為0.4%（對絕干漿）時，紙張的抗張指數、耐破指數和撕裂指數分別提高了23.2%、36.1%和39.1%。

陽離子淀粉；丙烯酰胺；丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物；紙張增強劑

陽離子淀粉作為造紙工業重要淀粉衍生物得到廣泛應用，其原因是它對帶陰電荷的物質有很好的親和性，及結合后的不可逆性，其可作為紙張增強劑、表面施膠劑等［1-2］。水溶性高分子聚合物聚丙烯酰胺也是造紙工業重要的化學品，因其帶有的酰胺基團可與纖維上的羥基形成氫鍵結合，是性能優異的紙張增強劑、助留助濾劑［3］［4］11［5-6］。紙張干增強劑（以下簡稱增強劑）作為造紙濕部重要的助劑，其首先要快速并完全地吸附在漿料纖維上，再通過其所含有的功能基團與纖維產生相互作用，從而達到提高紙張強度的目的；因此，本研究選用陽離子淀粉為主要原料，通過其與丙烯酰胺（AM）共聚制備丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物，研究陽離子淀粉取代度及丙烯酰胺用量對其紙張增強效果的影響。

1　實驗

1.1主要實驗材料

陽離子淀粉，自制，將玉米淀粉與N-（3-氯-2羥基）N，N，N-三甲基氯化銨（醚化劑）在一定條件下反應制備。本實驗用陽離子淀粉取代度分別為：0.04、0.06、0.08和0.11。

丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物，自制，由丙烯酰胺與陽離子淀粉在一定條件下進行共聚反應制備。

桉木漿：巴西產，打漿度33°SR。

1.2實驗方法

紅外光譜分析：首先將供分析測試用的試樣與KBr一起研磨，紅外燈干燥后壓片，用NICOLOTMAGNAIR760型紅外光譜儀測定產物結構特性。

紙頁抄造：稱取一定量的紙漿，經疏解、添加增強劑后抄紙，再壓榨、干燥得到紙樣；紙樣經24 h平衡水分后，按相關國家標準進行性能測試。紙張定量為50 g/m2。

2　結果與討論

2.1丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物紅外光譜分析

圖1是丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的紅外光譜。

圖1　丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物紅外光譜圖

由圖1可以發現，除了淀粉的特征吸收峰外，在1 669 cm-1、1 610 cm-1出現的特征吸收峰為丙烯酰胺的酰胺基特征吸收峰［7-8］，1 669 cm-1的強吸收峰為CO伸縮振動及酰胺 I譜帶的重疊［4］29，1 470 cm-1附近的弱吸收峰是—CH2—N⊕亞甲基的特征吸收峰［9-10］。紅外光譜圖分析結果表明，其產物為丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物。

2.2不同取代度陽離子淀粉對紙張增強作用效果的影響

表1和表2是不同取代度陽離子淀粉對紙張增強效果的影響。

由表1可知，陽離子淀粉可提高紙張的強度性能，不同取代度的陽離子淀粉對紙張的增強效果不同，其中取代度為0.08的3號試樣陽離子淀粉對紙張的增強效果相對最好，當其用量為0.4%（對絕干漿）時，紙張的抗張指數、耐破指數和撕裂指數分別提高了12.1%、13.4%和14.1%。由表2可知，當陽離子淀粉用量為1.0%（對絕干漿）時，紙張的抗張指數、耐破指數和撕裂指數分別增加18.8%、15.7%和25.3%。

表1　陽離子淀粉對紙張的增強作用

表2　不同取代度陽離子淀粉對紙張增強效果的影響

實驗結果表明，作為紙張增強劑的陽離子淀粉其取代度，即陽離子淀粉所帶有的陽電荷量，并非越大越好，其原因與陽離子淀粉與纖維間的相互作用密切相關。陽離子淀粉所帶有的正電荷是通過與纖維表面所帶的負電荷發生靜電吸附而發揮作用的；然而纖維表面所帶的負電荷有限，當陽離子淀粉所帶的正電荷量大于纖維所帶的負電荷量時，多余的正電荷不能發揮其作用。另一方面，由于形成多余正電荷使得淀粉原來所帶的羥基數量減少，與纖維發生氫鍵作用的基團數量減少，使得它們之間的氫鍵作用受到影響，因此更高取代度的陽離子淀粉導致其對紙張增強效果減小；因此，作為紙張增強劑需選擇適宜取代度的陽離子淀粉方可獲得更好的紙張強度性能。

2.3丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物對紙張增強效果的影響

2.3.1不同取代度陽離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產物對紙張強度性能的影響

表3是不同取代度陽離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產物對紙張強度性能的影響［丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物用量為0.4%（對絕干漿）］。

表3　不同取代度陽離子淀粉與丙烯酰胺共聚后其產物對紙張強度性能的影響

由表3可知，丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物對紙張的增強效果顯著，當其用量為0.4%（對絕干漿）時，紙張抗張指數由28.20 N·m/g提高至34.28～36.74 N·m/g，耐破指數由1.29 kPa·m2/g提高至1.75～2.02 kPa·m2/g，撕裂指數由4.42 mN·m2/g提高至5.84～7.26 mN·m2/g；其中4號試樣的作用效果相對最好，紙張抗張指數提高了23.2%，耐破指數提高了36.1%，撕裂指數提高了39.1%。與表2陽離子淀粉作用效果比較發現，在本研究范圍內，丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物使用的陽離子淀粉取代度越高，其增強效果越好。分析原因認為，這可能是由于丙烯酰胺聚合在淀粉分子中形成的支鏈結構影響了少量陽離子基團與纖維間的作用；因此，丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物宜選擇陽離子度略高的陽離子淀粉。

2.3.2陽離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產物對紙張強度性能的影響

表4是陽離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產物對紙張強度性能的影響［丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物用量為0.4%（對絕干漿）］。

表4　陽離子淀粉與不同丙烯酰胺用量共聚后其產物對紙張強度性能的影響

由表4的實驗結果可知，當丙烯酰胺用量由25%提高到35%時，其丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚的增強效果隨著丙烯酰胺用量的增加而逐漸提高；當丙烯酰胺的用量由35%提高到40%時，丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的增強效果略有下降。分析原因認為，這可能還是因為丙烯酰胺聚合形成的支鏈影響了陽離子基團與纖維間的作用，這不僅影響了其與纖維間作用力，而且還可能影響了丙烯酰胺/陽離子淀粉在紙頁中的留著，進而表現為紙頁強度的下降。

3　結論

陽離子淀粉作為紙張增干強劑，其取代度對其作用效果影響很大，在相同用量下，適宜的取代度可使得其紙張獲得更好的強度性能。丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物可顯著提高紙張的強度性能，其中丙烯酰胺的用量和陽離子淀粉的特性均影響產物的使用性能，考慮到丙烯酰胺共聚后在淀粉分子上形成支鏈對產物與纖維間作用的影響，可選擇取代度適當高些的陽離子淀粉；在本研究范圍內，丙烯酰胺用量在35%時其丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的紙張增強效果相對最好。

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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-），工程師，區域經理；主要研究方向：造紙化學品應用及制漿造紙工程技術；E-mail：mengling0117@163.com。

2015-09-25（修回）

本文文獻格式：蒙玲．丙烯酰胺/陽離子淀粉共聚物的合成及對紙張的增強作用［J］．造紙化學品，2015，27（5）∶13-15．