王淑玲，王明权，谭　颖，徐　昆，张文德，王丕新

（1.中国科学院长春应用化学研究所，吉林 长春　130022；2.杭州师范大学，浙江杭州　310014）

水分散型阳离子聚丙烯酰胺在造纸助留助滤体系中的应用

王淑玲2，王明权1，谭颖1，徐昆1，张文德1，王丕新1

（1.中国科学院长春应用化学研究所，吉林 长春130022；2.杭州师范大学，浙江杭州310014）

该文研究了水分散型阳离子聚丙烯酰胺双元助留助滤体系在国废浆料造纸中的留着及滤水性能。研究结果表明：采用水分散聚合方法合成的双元助留助滤体系，由于独特的合成工艺，使其具有相对分子质量分布窄、溶解速度快等特性，在提高纸浆的留着率及滤水性能的同时，能提供稳定的阳离子电荷，适用于处理富含阴离子垃圾的纸浆，降低网下白水浓度，提高白水的回用率。

水分散体；阳离子型聚丙烯酰胺；助留助滤；白水回用

随着环境保护日益被人们所重视，利用废纸造纸技术的不断发展，废纸回收利用率越来越高。另外，现代纸机也不断向高速化、大型化、多网化发展，由于浆料的多样化、复杂化，造纸化学品种类繁多及白水封闭回用，使造纸网下白水的细小纤维、无机填料以及造纸化学品残余累计量也越来越多［1-2］。其结果，一方面造成对水质的污染，增加污水回用难度以及排放处理成本；另一方面填料及化学品的流失造成浪费，也增加了生产成本；因此，根据造纸工艺流程，从污染源控制入手，优选高效的助留助滤体系，提高浆料和化学品的留着率，降低网下白水浓度，使造纸白水能够全部回用到生产工艺中，可达到降废减排、保护环境、节约用水的目的［3-7］。

水分散型高分子材料的制备技术是以水为反应介质，无需有机溶剂和表面活性剂；它克服了传统水溶胶型、乳液型和干粉型产品的诸多技术问题，具有合成生产工艺简单、能源消耗低、无粉尘和无二次污染等优点；其合成条件和方式完全符合“绿色化学”的发展方向，是水溶性高分子领域的研究和开发的重点。由于其独特的合成工艺，产品相对分子质量分布窄，相对分子质量可控性强；在不同pH范围、不同盐浓度条件下，能提供稳定的阳离子电荷，在应用方便及环境友好等方面的优越性也是显而易见的［8-9］。

本文中，笔者合成了2种水分散型阳离子聚丙烯酰胺，复配构成双元助留助滤体系［10］，与市场上现有的相关产品进行比较，考查了水分散型产品的留着及滤水性能，并进行了纸机现场应用试验，均取得了满意的效果。

1　实验部分

1.1实验原料

纸浆，取自浙江宇信纸业有限公司，100%国废纸浆，Zeta电位为-13.1 mV，颗粒电荷（PCD值）为-830 μeq/L。水分散型阳离子聚丙烯酰胺助留剂（CR 6010），阳离子度为35%，重均相对分子质量为8.0×106，自制；水分散型阳离子聚丙烯酰胺助滤剂（CD 8010），阳离子度为35%，重均相对分子质量为4.0×106，自制。

1.2测试仪器

瑞士BTG公司生产的DFR-05动态滤水仪，SZP-10纤维Zeta电位仪，PCD-04 Travel颗粒电荷测定仪。

1.3试验方法

取质量分数为0.5%的纸浆1 000 mL，加入到DFR-05动态滤水仪中，测定其留着率和网下白水浓度及滤水效果。测试条件如下。转速：700 r/min运行10 s，800 r/min运行10 s，400 r/min运行1 s。设定值：网下白水质量浓度为3.5 g/L，灰分质量浓度为1.0 g/L。加药时间：第1试剂在第10 s加入，第2试剂在第14 s加入。化学品配制为质量分数0.16%的稀溶液，添加总量为浆料质量的200×10-6～530×10-6。

取质量分数0.5%的纸浆500 mL，加入到SZP-10纤维 Zeta电位测定仪中，检测其纤维表面电荷的变化。

取网下白水滤液10 mL，加入到PCD-04 Travel颗粒电荷测定仪中，测定其网下白水的颗粒电荷。

2　结果与讨论

2.1水分散双元助留助滤剂对留着及滤水的影响

造纸湿部过程是一个复杂的物理和化学过程，为了加强浆料的滤水性以提高纸机速度，增加细小纤维和填料等留着，减少资源浪费，提高白水封闭循环程度，稳定湿部运行，其高效多功能复合助留助滤体系至关重要。该体系历经了单元助留助滤体系、微粒助留助滤体系及双元助留助滤体系的发展过程［11］。

采用DFR-05动态滤水仪测定留着率和网下白水浓度及滤水效果，考查对100%国废浆料加入不同剂量的水分散型双元助留助滤剂化学品时的留着及滤水情况。结果见表1。

表1　助留助滤剂用量对纸浆的保留和滤水性能的影响

如表1所示，加入双元助留助滤体系后，纸浆的留着和滤水情况均明显提升。当固定助滤剂w（CD 8010）=60×10-6时，随着助留剂CR 6010用量的增加，总留着率和灰分留着率呈增加的趋势；当固定助留剂w（CR 6010）=330×10-6时，随着助滤剂CD 8010用量从60×10-6增加到200×10-6，其留着率从78.2%提高到87.5%，100 s滤水从678 g提高到800 g以上。

2.2不同双元助留助滤体系对纸浆的留着及滤水的影响

将不同的双元助留助滤体系分别添加入到100%国废浆料中（添加总量为浆料质量的400×10-6），包括自制的水分散型阳离子聚丙烯酰胺双元助留助滤剂（CIAC）产品及市场上现有的产品（S1和S2），考查对纸浆的留着及滤水情况。其结果见图1和表2。

图1　不同双元助留助滤体系对纸浆的留着（a）及滤水（b）效果

表2　不同双元助留助滤体系对纸浆的留着和滤水性能

由图1和表2可见，当纸浆中双元助留助滤体系添加总量均为400×10-6时，在总留着率和灰分留着率方面，S2与水分散型产品能提高留着率30百分点左右；S1产品提高20百分点左右。100 s滤水性能和打浆度则是水分散型产品最佳。同时，使用水分散型产品时，滤液的PCD、Zeta电位值相对较高，改变了纤维和细小组分的表面电荷特性，增加了浆料中细小纤维和填料的留着，降低了水中细小纤维浓度，减少了纤维和填料的流失。上述表明，水分散型产品的特殊结构和较高的阳离子度适用于处理富含阴离子垃圾的国废纸浆。

2.3现场应用数据

浙江宇信纸业有限公司是一家专业从事高强瓦楞纸类的开发、生产和销售的企业。我们与厂家合作在3200高强瓦楞小纸机进行现场应用试验，其原工艺中污泥全部回用，网下白水质量浓度达0.6 g/L以上，较高的白水浓度为造纸污水的后处理和中水回用带来较大的压力。通过采用水分散型助留助滤剂CR 6010和CD 8010现场复配使用，纸机网下白水质量浓度降到0.2 g/L左右，白水浓度下降了66%；成纸的环压强度指数从原来的6.30 N·m/g提高到7.01 N·m/g。在提高企业白水回用率的同时，进一步提升了企业的成纸纸品性能。

3　结论

（1）采用水分散型阳离子聚丙烯酰胺双元助留助滤体系，可显著提高浆料的留着和滤水效果，减少化学品的流失，降低生产成本。

（2）与目前市场上使用的国内外产品相比，水分散型产品在提高纸浆的留着率及滤水性能的同时，能提供稳定的阳离子电荷，适用于处理富含阴离子垃圾的纸浆。

（3）通过现场纸机运行试验表明，水分散型阳离子聚丙烯酰胺双元助留助滤体系可显著降低网下白水浓度，在提高企业白水回用率的同时，也能提升企业的纸品性能。

［1］陈嘉翔．扩大二次纤维利用加速造纸工业发展［J］．中华纸业，2000，21（9）：39-43．

［2］刘温霞，孙燕玲．纸机湿部的阴离子杂质［J］．中华纸业，1998，19（2）：50-51．

［3］张光华，编译．造纸化学品的制备和作用机理［M］．北京：中国轻工业出版社，1998．

［4］陈夫山，姜秀英，王松林，等．不同CPAM体系对高得率浆助留助滤性能的影响［J］．造纸化学品，2010，22（3）：48-53.

［5］傅英娟，杨亁，魏林，等．助留助滤作用机理及助留助滤体系的发展［J］．华东纸业，2011，42（2）：49-52.

［6］王进，赵传山，陈夫山，等．阳离子聚丙烯酰胺助留助滤作用的研究［J］．造纸科学与技术，2002，21（2）：49-52.

［7］王玉峰，胡惠仁．阳离子聚丙烯酰胺乳液的制备及其助留助滤性能［J］．造纸化学品，2007，19（2）：51.

［8］陈冬年，刘晓光，岳玉梅，等．水介质中丙烯酰胺与正离子单体的分散共聚研究［J］．高分子学报，2006，49（9）：1074-1077．

［9］刘晓光，陈冬年，张文德，等．水介质中丙烯酸分散聚合的研究［J］．高等学校化学学报，2006，27（2）：392-394．

［10］郑艳，沈一丁，李培枝，等，水包水CPAM乳液的制备和助留助滤性能研究［J］．中国造纸，2010，29（8）：29-33．

［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，讲师，高级工程师；电话：0571-28868269；E-mail：wsling222@163.jl.com。

王丕新先生（1961-），博士，研究员，博士生导师；主要从事水性树脂合成方法及结构的研究；电话：0431-85262629；E-mail：pxwang@ciac.jl.cn。

本文文献格式：王淑玲，王明权，谭颖，等．水分散型阳离子聚丙烯酰胺在造纸助留助滤体系中的应用［J］．造纸化学品，2015，27（2）∶32-34．

2015-03-06（修回）

浙江省科技发展计划科技特派员专项（20131232i37）