聚丙烯酰胺（PAM）是水溶性高分子化合物，主鏈上有活潑的酰胺基和雙鍵，釆用不同的聚合工藝，引入不同的官能團(tuán)，可取得不同相對(duì)分子質(zhì)量和不同電荷密度的PAM系列產(chǎn)品，是化學(xué)性質(zhì)非?；顫姟?yīng)用較廣泛的多功能高分子化合物。

早在20世紀(jì)50年代，PAM就已經(jīng)作為紙張干增強(qiáng)劑應(yīng)用于造紙工業(yè)，目前已大量用作干強(qiáng)劑、助留劑、助濾劑、廢水處理劑和纖維分散劑等，是應(yīng)用較廣泛的造紙化學(xué)品之一。

PAM是丙烯酰胺（AM）均聚或與其他單體共聚而制得。根據(jù)不同的電性，PAM產(chǎn)品可相應(yīng)地劃分為非離子型（NPAM）、陰離子型（APAM）、陽(yáng)離子型（CPAM）和兩性型（AmPAM）等。

圖1 為PAM系列產(chǎn)品的分子結(jié)構(gòu)。

非離子型聚丙烯酰胺（NPAM）

NPAM易溶于水，相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)水溶性影響不太明顯，但相對(duì)分子質(zhì)量高的PAM質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)10%時(shí)，在水中形成透明凝膠而失去流動(dòng)性。在堿性介質(zhì)中PAM易水解，產(chǎn)生部分羧基。

陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）

一般在PAM分子結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入羧基，獲得APAM。由于紙漿纖維呈負(fù)電性，因此，在使用APAM時(shí)要加入硫酸鋁等陽(yáng)離子促進(jìn)劑。APAM在Al³⁺的作用下與纖維上的負(fù)離子以配位鍵形式吸附在纖維上產(chǎn)生增強(qiáng)、助留等效果。

陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）

CPAM的陽(yáng)離子可與纖維上的陰離子形成離子鍵，酰胺基與纖維上的羥基形成氫鍵，獲得增強(qiáng)、助留和助濾等效果。它比APAM有更加寬廣的pH適用范圍。

兩性聚丙烯酰胺（AmPAM）

AmPAM比CPAM更能有效地提高紙頁(yè)的強(qiáng)度、填料留著率和紙機(jī)的濾水，從而提高紙機(jī)車速，大大減輕白水處理負(fù)荷。當(dāng)今造紙工業(yè)正從酸性抄紙向中性、堿性抄紙的轉(zhuǎn)變，AmPAM將成為今后開(kāi)發(fā)的一大熱點(diǎn)。

圖2 為AmPAM的結(jié)構(gòu)和與纖維的結(jié)合方式。

PAM與淀粉、殼聚糖等天然高分子接枝共聚物也是近幾年開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)，應(yīng)用效果突出，專用性很強(qiáng)。

PAM在造紙中的主要應(yīng)用

1、干增強(qiáng)劑

PAM是優(yōu)良的紙張?jiān)鰪?qiáng)劑。在日本，廢紙?jiān)旒埍壤喈?dāng)高，PAM在再生紙中取得了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，日本播磨化成、荒川和星光PMC等公司紛紛在我國(guó)建廠，推廣PAM在再生紙中的應(yīng)用。尤其是我院的科技成果產(chǎn)業(yè)化基地—杭州杭化播磨造紙化學(xué)品有限公司通過(guò)引進(jìn)日本播磨化成的技術(shù)，并消化、吸收、創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出PAM干強(qiáng)劑，其產(chǎn)品已在玖龍紙業(yè)、理文紙業(yè)和景興紙業(yè)等大中型紙廠取得應(yīng)用，并取得了良好的效果。PAM還能提高紙張的濕紙頁(yè)強(qiáng)度和濕強(qiáng)度，通常的濕強(qiáng)劑有脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂和PAE等。

作為增強(qiáng)劑的PAM，相對(duì)分子質(zhì)量通常為10萬(wàn)-100萬(wàn)。圖1介紹的各種PAM都可以用于紙和紙板的增強(qiáng)，其中：

① APAM

APAM由于含有陰離子基團(tuán)，可以通過(guò)Al³⁺等陽(yáng)離子化學(xué)品與纖維形成配位鍵結(jié)合，達(dá)到增強(qiáng)效果。用量一般為1-4.5kg/t（紙漿）。APAM還可以與陽(yáng)離子淀粉、聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷（PAE）樹(shù)脂等配合應(yīng)用，可以明顯降低添加成本，提高增強(qiáng)效果。

② CPAM

CPAM由于本身帶有陽(yáng)離子基團(tuán)，可以直接與纖維形成配位鍵，一般不需要依賴于Al³⁺等陽(yáng)離子化學(xué)品。用量一般為1-5kg/t（紙漿）。

③ AmPAM

AmPAM分子中既含有陽(yáng)離子基團(tuán)，又含有陰離子基團(tuán)，能彌補(bǔ)APAM和CPAM的不足，調(diào)節(jié)體系中的電荷平衡，防止抄造系統(tǒng)的過(guò)電荷現(xiàn)象，其增強(qiáng)效果優(yōu)于APAM和CPAM。

④ 淀粉接枝PAM

改性淀粉是天然高分子，PAM是合成高分子。改性淀粉由于價(jià)廉物美而廣為造紙企業(yè)所使用，但其增強(qiáng)效果略遜于PAM。通過(guò)淀粉接枝PAM，不僅能降低添加成本，還能提高應(yīng)用效果，近年來(lái)發(fā)展較快。PAM接枝陽(yáng)離子淀粉或與乙二醛交聯(lián)后也可以作為濕強(qiáng)劑。

2、助留、助濾劑

PAM具有相對(duì)分子質(zhì)量大、分子鏈上反應(yīng)活性點(diǎn)多等特點(diǎn)，能與纖維、填料等快速結(jié)合，顯著提高助留、助濾等效果，改善網(wǎng)部紙漿的濾水性能和細(xì)小纖維及填料的留著率。當(dāng)在紙漿中添加后，紙漿中的纖維及填料會(huì)很快產(chǎn)生絮聚現(xiàn)象，紙漿中的細(xì)小纖維和填料附著到較長(zhǎng)纖維的表面上并形成體積較大的絮凝體，從而使紙漿易于脫水，同時(shí)提高細(xì)小纖維及填料的留著率。助留、助濾往往是同時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)用效果。

① CPAM一元助留體系

高相對(duì)分子質(zhì)量、低電荷密度的CPAM是造紙中常用的助留劑之一，由于其所帶電荷與纖維電荷相反，可以起到很好的絮凝作用?？梢岳肅PAM對(duì)帶負(fù)電性的填料表面進(jìn)行陽(yáng)離子化，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，加快濾水，節(jié)約能耗，減少白水中的填料含量，提高紙頁(yè)的平滑度和不透明度。但單獨(dú)使用作助留劑時(shí)，容易產(chǎn)生勻度變差、強(qiáng)度下降等缺點(diǎn)。

② 二元助留、助濾體系

該體系能在提高助留、助濾性能的條件下，改善紙張勻度和強(qiáng)度。APAM需要先在造紙濕部體系中加入鋁鹽等陽(yáng)離子助劑才能起到助留助濾作用。但該體系的缺點(diǎn)是僅適用于酸性造紙。APAM與陽(yáng)離子淀粉的配套應(yīng)用可以在中堿性條件下應(yīng)用，并取得比二者分別單獨(dú)應(yīng)用時(shí)更好的效果。

③ AmPAM

該產(chǎn)品同一分子中既含有陽(yáng)離子基團(tuán)又含有陰離子基團(tuán)。陰、陽(yáng)離子基團(tuán)能在紙漿中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使系統(tǒng)電荷平衡，不僅能維持紙機(jī)系統(tǒng)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，而且具有較好的助留、助濾效果。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，并要根據(jù)紙漿的實(shí)際情況調(diào)整陰、陽(yáng)離子比例，開(kāi)發(fā)專用性強(qiáng)的產(chǎn)品。

④ 其他助留助濾系列產(chǎn)品

有資料表明：聚糖分子鏈中的每個(gè)葡萄糖單元中都有1個(gè)氨基，在酸性條件下都有很強(qiáng)的正電荷，與APAM的交聯(lián)物也具有兩性性能，具有優(yōu)良的助留、助濾效果；聚氧乙烯接枝PAM助留體系、淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物助留體系的效果都優(yōu)于普通PAM，PAM與聚氧乙烯接枝共聚物作為助留劑，對(duì)紙頁(yè)成形勻度的影響小，低用量即可獲得高助留率。通過(guò)陽(yáng)離子淀粉、硅溶膠或膨潤(rùn)土等復(fù)配應(yīng)用能起到比單獨(dú)應(yīng)用更好的效果，其缺點(diǎn)是應(yīng)用技術(shù)與工藝較為復(fù)雜。

3、中性施膠配套助劑

中性抄紙由于具有改善紙張性能、減少污水排放、減少能耗、減少增白劑用量、降低造紙成本和提高紙機(jī)運(yùn)行性能等優(yōu)點(diǎn)，深受造紙行業(yè)的重視和歡迎，被譽(yù)為“新型造紙技術(shù)”。我國(guó)自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)中性抄紙已先后在銅版原紙、照相原紙、水松原紙乃至普通文化用紙等紙種上廣泛應(yīng)用。我國(guó)造紙已由酸性邁向中性抄造時(shí)代。

所謂中性抄紙技術(shù)，就是在中性或堿性條件下的造紙技術(shù)。

所用的主要造紙濕部化學(xué)品有：

① 中性施膠劑

中性施膠劑包括AKD、ASA以及一些定著型（又稱陽(yáng)離子型）施膠劑。中性施膠劑能完全取代傳統(tǒng)的松香-明礬酸性施膠體系，有效地提高紙張的抗水性。

② 助留劑

助留劑主要為PAM和特殊規(guī)格的陽(yáng)離子淀粉組成的雙元助留系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效地將不太容易留著在纖維上的中性施膠劑留著到纖維上，并使其充分發(fā)揮施膠作用。

③ 增效劑

增效劑如PPE樹(shù)脂等。

④ 碳酸鈣

主要用重質(zhì)碳酸鈣，不僅可以降低成本，還可以提高白度、平滑度等物理性能。

⑤ 增白劑

國(guó)內(nèi)大多釆用的增白劑為熒光增白劑。

⑥ 其他化學(xué)助劑

其他化學(xué)助劑，如防腐劑、消泡劑等。

常見(jiàn)的添加工藝如圖3所示。

增白劑為強(qiáng)陰離子型，需要靠近打漿機(jī)添加，添加量約為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08%；填料一般采用重質(zhì)碳酸鈣，添加量一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%；中性施膠專用變性淀粉HR系列（我院成果產(chǎn)業(yè)化基地—杭州紙友科技的產(chǎn)品）添加量一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%-2.5%；AKD用量一般為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%-0.3%（絕干）；PAM為陰離子型，相對(duì)分子質(zhì)量約為500萬(wàn)，添加量為HR用量的2%。對(duì)于不同的紙機(jī)條件、施膠要求和草漿含量較高的紙種，上述工藝還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4、纖維分散劑

PAM可作為纖維分散劑，減少纖維絮凝，改進(jìn)紙料成形，提高紙頁(yè)的均勻性和柔軟性。作為分散劑的PAM，其相對(duì)分子質(zhì)量不低于700萬(wàn)，水解度為20%-30%，其水溶液穩(wěn)定性好，一般不受加熱和高剪切力的影響。白水可以循環(huán)使用。APAM相對(duì)于聚氧化乙烯（PEO）分散劑，加入量略多但價(jià)格便宜，特別適用于抄造生活用紙。相對(duì)分子質(zhì)量為1800萬(wàn)的APAM，適用于長(zhǎng)纖維紙，用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%-0.2%（絕干漿），纖維分散效果明顯。

5、廢水處理劑

我國(guó)造紙工業(yè)廢水污染嚴(yán)重，排放的COD總量約占全國(guó)工業(yè)廢水COD排放總量的1/3，為了減輕造紙工業(yè)廢水污染，我國(guó)政府已下令關(guān)停了大批污染嚴(yán)重的中小型紙廠，尤其是小型的草漿廠大多已關(guān)停。另一方面廢紙?jiān)旒埖谋壤鹉晟仙?，目前己占紙漿比例的60%以上。

由于PAM具有明顯的絮凝作用，在造紙廢水治理中取得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。化學(xué)處理廢水的污泥脫水通常采用APAM和NPAM作為助濾劑；生化處理廢水的活性污泥采用CPAM和NPAM；AmPAM的適用范圍更廣。APAM一般以水解度20%為宜，PAM絮凝劑具有加入量少，沉淀速率快，絮凝效果好等優(yōu)點(diǎn)。

PAM在廢水處理中通常和無(wú)機(jī)絮凝劑混合使用，常用的陽(yáng)離子高分子無(wú)機(jī)絮凝劑有：聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合磷酸鐵、聚合硫酸鐵和聚合氯化鐵等；陰離子型有活化硅酸、聚合硅酸等；無(wú)機(jī)復(fù)合型的有聚合氯化鋁鐵、聚硅酸硫酸鐵、聚合硅酸氯化鐵、聚合硅酸鋁鐵和聚合磷酸鋁鐵等。

PAM與無(wú)機(jī)絮凝劑復(fù)配應(yīng)用，不僅能降低水處理成本，還提高了處理效果。如：CPAM和AmPAM與無(wú)機(jī)絮凝劑復(fù)配處理廢紙脫墨廢水，CPAM電荷密度（30%-35%）相對(duì)分子質(zhì)量不是很高，AmPAM相對(duì)分子質(zhì)量約為1000萬(wàn)，當(dāng)有機(jī)絮凝劑的用量為0.75mg/，無(wú)機(jī)絮凝劑的用量為100mg/L時(shí)，具有較好的應(yīng)用效果。

當(dāng)超相對(duì)分子質(zhì)量叔胺型CPAM和APAM與無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁復(fù)配處理箱板紙生產(chǎn)的廢水時(shí)，具有較理想的處理效果，APAM絮凝劑和聚合氯化鋁的用量不變時(shí)，CODcr去除率和濁度去除率隨著CPAM相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加。相對(duì)分子質(zhì)量2900萬(wàn)的CPAM在用量為0.5mg/L和聚合氯化鋁用量為100mg/L時(shí)處理效果較理想。CPAM和PAE復(fù)合可取得復(fù)合凈水劑。

6、表面施膠劑

APAM也可用作表面施膠，主要用來(lái)取代部分淀粉以減少淀粉產(chǎn)生的生化耗氧量。APAM作為表面施膠時(shí)，用量不高于1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，紙頁(yè)中要求含有硫酸鋁，也可以在膠液中加入一些硫酸鋁。APAM具有良好的成膜性能，能提高紙張的表面強(qiáng)度，從而賦予紙頁(yè)對(duì)印刷油墨的持著能力。

造紙工業(yè)的飛速發(fā)展，需要我們不斷地加快造紙用PAM系列產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量，加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)及機(jī)理的研究，努力增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，以適應(yīng)我國(guó)造紙行業(yè)的發(fā)展需要。