摘要：主要介紹了聚丙烯酰胺（PAM）及其接枝共聚物在各類造紙助留體系中的助留助濾機理及應(yīng)用，探討其較新的研究進(jìn)展。可以看出聚丙烯酰胺在造紙助留助濾體系的應(yīng)用前景十分廣闊，今后應(yīng)發(fā)揮其優(yōu)勢，為造紙工業(yè)服務(wù)。

助留劑通過改變造紙漿料的絮凝狀態(tài)來提高細(xì)小纖維及填料等的留著率，從而達(dá)到減少纖維和填料的流失以及降低污染負(fù)荷的結(jié)果。隨著抄紙機的高速化、大型化以及對產(chǎn)品質(zhì)量更高的要求，需要使用與之相對應(yīng)的助留系統(tǒng)和助留技術(shù)，以保證造紙工業(yè)的迅速發(fā)展。作為紙機濕部化學(xué)添加劑，不同離子類型的聚丙烯酰胺（PAM）及其接枝共聚產(chǎn)物是具有代表性的造紙助留劑之一。

PAM是水溶性的有機高分子化合物， 主鏈上有活潑的酰胺基和雙鍵。采用不同的聚合工藝，引入不同的官能團(tuán)，可得到不同分子量和不同電荷密度的聚丙烯酰胺系列產(chǎn)品，是化學(xué)性質(zhì)非?；顫?、應(yīng)用廣泛的多功能高分子化合物。根據(jù)分子量的不同，PAM在造紙工業(yè)中可用作干強劑、助留劑、助濾劑和絮凝劑等。本文主要介紹其作為造紙助留劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用。

PAM具有分子量大、分子鏈上具有足夠多的反應(yīng)活性點等特點，可與纖維、填料等結(jié)合，形成“硬聚集體”。其結(jié)合機理主要有中和相反電荷；部分鏈段以鑲嵌狀吸附在粒子表面；交聯(lián)或者架橋；聚合物鏈形成纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)，將粒子捕獲，這些結(jié)合的結(jié)果是形成各種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由于有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)共同存在，所以聚集體抗機械力強，可顯著提高助留效果。

PAM能改善網(wǎng)部紙料的濾水性能和細(xì)小纖維及填料的留著率。當(dāng)在紙料中添加PAM后，紙料中很快會呈現(xiàn)出絮聚現(xiàn)象，這時紙料中的細(xì)小粒子（包括細(xì)小纖維和填料）附著到較長纖維的表面上并形成體積較大的絮凝體，使紙料易于脫水，同時也減少了細(xì)小粒子通過網(wǎng)的流失量。PAM分子鏈上有大量的親水基團(tuán)，這些親水基團(tuán)可以是陰離子的、陽離子的或非離子的，他們具有雙重作用，一方面使該聚合物溶于水，另一方面使聚合物附著在纖維和細(xì)小纖維表面，助留效果顯著。

1、陽離子聚丙烯酰胺一元助留體系

高分子量低電荷密度的陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）在造紙中是常用的助留劑之一。CPAM因為其所帶電荷與纖維所帶的電荷相反，可以起到很好的絮凝作用，且不受漿料pH值的限制。利用填料表面的負(fù)電性，用陽離子高分子聚電解質(zhì)對其進(jìn)行陽離子化，以增加填料顆粒與紙漿纖維和細(xì)小纖維的吸附，從而提高填料的單程留著率，并減少白水中的填料含量。減少流失從而降低成本，還可以降低漿料上網(wǎng)的濃度和灰分，延長成形網(wǎng)的壽命，并且紙頁的平滑度和不透明度可以得到改善。

但單獨使用CPAM作助留劑時，容易產(chǎn)生勻度變差、強度下降的缺點。于是人們考慮用二元助留助濾系統(tǒng)和CPAM微粒系統(tǒng)，在提高助留助濾性能的條件下，改善成形勻度和紙張強度。

華南理工大學(xué)王進(jìn)等自制研究的CPAM能顯著提高漿料中填料的留著率并改善漿料的濾水性能。

2、陰離子聚丙烯酰胺與鋁鹽助留體系

陰離子聚丙烯酰胺對負(fù)電荷表面具有微弱的親和力，需要先在系統(tǒng)中加入陽離子化劑（常用鋁鹽），將纖維和細(xì)小纖維粒子表面上互相起靜電作用的幾種助留劑結(jié)合起來使用，起到協(xié)同作用。首先加入鋁鹽，吸附于纖維和細(xì)小纖維的表面，使吸附點具有正電荷，隨后加入高分子量的陰離子聚丙烯酰胺，吸附到纖維和細(xì)小纖維表面的鋁鹽結(jié)合點上，陰離子聚丙烯酰胺的鏈圈、鏈尾從粒子表面伸出，將其它粒子結(jié)合，形成架橋作用，起到了助留作用。但該系統(tǒng)的缺點是僅適用于酸性造紙中。

3、兩性聚丙烯酰胺助留體系

兩性聚丙烯酰胺既有陽離子基團(tuán)又有陰離子基團(tuán)，能夠在紙漿中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。兩性助留劑中的陰離子可以除去系統(tǒng)中原來起抵制作用的其他陽離子，從而促進(jìn)助劑在纖維上的離子締合和吸附；這些陰離子也可以排斥系統(tǒng)中的其他陰離子，從而可以防止其陽離子基團(tuán)過早地和系統(tǒng)中其他物料起作用；當(dāng)系統(tǒng)中存在過多陽離子添加劑使纖維具有某種程度的陽離子特性時，這些陰離子基團(tuán)能夠平衡已經(jīng)吸附在纖維上的陽離子基團(tuán)，從而使該分子上的陽離子基團(tuán)更為密切地與纖維上的陰離子基團(tuán)接觸；由于細(xì)小組分的再循環(huán)而使系統(tǒng)中的助劑含量上升，而兩性助劑建立起來的系統(tǒng)電荷平衡能夠使紙機系統(tǒng)維持良好的運轉(zhuǎn)性能。

天津科技大學(xué)的徐青林等研究了新型結(jié)構(gòu)兩性聚丙烯酰胺的助留助濾作用，結(jié)果表明，其對各種廢紙漿及非木材紙漿均具有良好的增強、助留助濾效果外，不僅能與硫酸鋁復(fù)配使用，更適合中性抄紙的要求，還具有很好的輔助施膠效果。

4、陰、陽離子聚丙烯酰胺二元助留體系

在紙機的上漿系統(tǒng)，先加入中等分子量的陽離子聚丙烯酰胺，然后添加高分子量陰離子聚丙烯酰胺，使體系產(chǎn)生“硬性絮團(tuán)”助留效果。它是利用陽離子聚合物產(chǎn)生陽離子“補丁”，為陰離子聚合物提供連接點。然后，陰離子聚合物分子鏈某些部位便結(jié)合到“補丁”所提供的陽離子連接點上，而分子鏈的其余部分為正極補丁周圍的負(fù)極所排斥，使陽離子聚合物伸展到周圍的水溶液中，而吸附到另外微粒表面的陽離子補丁上，從而形成了良好的絮凝作用，提高了助留效果。

5、淀粉一聚丙烯酰胺接枝共聚物助留體系

淀粉一聚丙烯酰胺的接枝共聚物能夠和纖維、填料產(chǎn)生靜電吸附、架橋作用，網(wǎng)絡(luò)作用，其結(jié)果導(dǎo)致纖維和填料的絮凝及比表面的降低，從而使紙張中留下更多的細(xì)小纖維和填料，并加速了脫水過程，達(dá)到助留助濾的目的。

淀粉接枝聚丙烯酰胺的支鏈可以通過橋聯(lián)使填料和微小纖維形成顆粒的集合，然后截留在紙頁上提高留著率。淀粉接枝聚丙烯酰胺的效果優(yōu)于聚丙烯酰胺，這是因為淀粉接枝聚丙烯酰胺的空間結(jié)構(gòu)大，其構(gòu)型如同帶有若干長分支的大樹，伸展程度比單一的聚丙烯酰胺好，因而架橋作用好；另一方面，由于淀粉接枝聚丙烯酰胺骨架淀粉的羥基充分暴露，與紙頁纖維索的羥基形成氫鍵，增加了紙頁纖維間的數(shù)目，所以能提高紙頁中纖維間結(jié)合力。

邱廣明等合成了丙烯酰胺對淀粉的接枝共聚物，將其應(yīng)用到造紙中發(fā)現(xiàn)，共聚物中丙烯酰胺的接枝百分率越高，紙漿的絮凝速度和留著率提高越大。接枝百分率為60.9%的共聚物可使紙漿的網(wǎng)上留著率提高12.3%。

6、殼聚糖接枝聚丙烯酰胺助留體系

近年來，由于殼聚糖的結(jié)構(gòu)與纖維素相似，溶解時采用的酸性介質(zhì)與紙機抄紙時的酸性介質(zhì)相近，有人用殼聚糖與聚丙烯酰胺交聯(lián)物作造紙助留劑，結(jié)果表明，它的分子鏈可以通過橋聯(lián)使填料和細(xì)小纖維形成顆粒的集合體，然后通過機械截留而留在紙頁中。殼聚糖分子鏈中的每個葡萄糖單元中都有一個氨基，在酸性條件下，變成很強的正電荷，與填料粒子以及細(xì)小纖維、纖維有較強的靜電作用，即有很強的壓縮雙電層的作用，促使其發(fā)生絮凝；另外，由于分子中的殼聚糖的羥基和氨基充分暴露，與纖維間的氫鍵可形成氫鍵結(jié)合，增加纖維間的氫鍵結(jié)合數(shù)目和結(jié)合面積，提高纖維間的結(jié)合力。從而克服由于填料和細(xì)小纖維留著的增加而造成的紙頁強度降低，甚至還對其強度有一定的提高作用。

張光華等將殼聚糖與陰離子聚丙烯酰胺交聯(lián)，制得一種性能優(yōu)異的殼聚糖陰離子聚丙烯酰胺交聯(lián)物助留劑，該助留劑經(jīng)實驗室和工廠應(yīng)用證明具有優(yōu)良的助留、助濾效果。

7、聚氧乙烯（PEO） 接枝聚丙烯酰胺助留體系

PAM-PEO接枝共聚物具有梳狀結(jié)構(gòu)，PAM為骨架，支鏈上含有PEO結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，使用聚丙烯酰胺與聚氧乙烯接枝共聚物作為助留劑，對紙頁成形勻度的不良影響很小，低用量即可獲得高助留率。含PEO支鏈陽離子聚丙烯酰胺因其粒子表面帶有大量的正電荷，具有足夠多的反應(yīng)點或活性點，可與纖維和填料通過多種形式結(jié)合，形成“硬聚集體”。微粒本身含有陽離子基團(tuán)可以與紙漿纖維產(chǎn)生靜電吸附。紙漿抄紙過程中，含PEO支鏈陽離子聚丙烯酰胺微粒中的PEO-A大單體支鏈從微粒之間的氫鍵架橋作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了細(xì)小纖維的留著率。聚丙烯酰胺與聚氧乙烯接枝共聚物作為助留劑，對紙頁成形勻度的不良影響很小，低用量即可獲得高助留率。

華南理工大學(xué)的彭曉宏等人采用反相微乳液聚合法合成了PEO-A、AM、ADAMQUAT與Bis的四元共聚物微粒，研究了該微粒助留劑的結(jié)構(gòu)與性能。實驗結(jié)果表明，這種微粒和紙纖維能夠通過離子鍵和氫鍵作用顯著地增強助留效果。

8、CPAM/微粒助留助濾系統(tǒng)

這種新型聚合物/微粒助留助濾體系是先向漿內(nèi)添加高分子陽離子聚合物，其通過橋聯(lián)與紙漿纖維等形成較大的絮凝體，這些絮凝體經(jīng)強烈剪切作用后離解成較小的絮凝體。繼之添加活性比表面積非常大、帶高密度負(fù)電荷的特殊無機顏料粒子，這些微粒子物質(zhì)與絮凝體結(jié)合，形成高密度、易失水的微絮凝體，從而具有留著率高、成形和濾水性好的綜合效果。該系統(tǒng)能產(chǎn)生非常有利于助留和改善紙頁勻度的絮凝作用。

在生產(chǎn)中使用較多的是Hydrocol系統(tǒng)和Compozil系統(tǒng)。Hydrocol系統(tǒng)是利用高分子的CPAM與改性膨潤土，形成復(fù)式控制系統(tǒng)。Compozil系統(tǒng)主要是利用淀粉與膠體二氧化硅組成復(fù)合助留體系。通過陽離子淀粉或PAM與硅溶膠或膨潤土等復(fù)配應(yīng)用起到比單獨應(yīng)用更好的效果，其缺點是應(yīng)用技術(shù)與工藝更為復(fù)雜。

9、結(jié)束語

造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，需要不斷地加大研制開發(fā)經(jīng)濟的助留助濾劑的力度，縮短和國外的差距，提高造紙效率和質(zhì)量，增強國際競爭力，以迎接國外紙業(yè)的沖擊和挑戰(zhàn)。

絮團(tuán)具有高剪切性、尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊密且留著率大，是造紙行業(yè)發(fā)展的趨勢。聚丙烯酰胺作為優(yōu)良的造紙助留助濾劑已經(jīng)在全世界得到了廣泛的應(yīng)用，人們正不斷地對聚丙烯酰胺進(jìn)行新的改性研究，以制得更好的聚丙烯酰胺，目前較新的研究是對CPAM/微粒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。