淀粉接枝丙烯酰胺在造纸中应用

淀粉接枝丙烯酰胺在造纸中应用　・论文与综述・　淀粉接枝丙烯酰胺在造纸中应用　李文飞，张换换，李明霞，刘军海　（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中７２３００１）　［摘要］综述了淀粉接枝丙烯酰胺在造纸工业中的应用研究进展，重点探讨了其今后的研究热点和　发展方向。　［关键词］　淀粉；接枝聚合物；丙烯酰胺；应用　造纸助剂在提高纸品质量、增加纸品功能、提高　生产效率和降低生产成本等方面发挥着举足轻重的　作用。淀粉在自然界中来源广泛且易生物降解，具　有与造纸用植物纤维素单元结构相近、亲和力强等　优点。天然淀粉以及改性淀粉等，均能与丙烯酰胺　接枝聚合，从而制得性能优异的造纸助剂。我国是　农业大国，淀粉接枝丙烯酰胺生产造纸助剂，有利于　淀粉深加工的发展。同时，为造纸工业提供了廉价　易得、性能优良的原料，而且符合国家的环保与科学　发展的需求，进一步提高了我国纸品在国际市场上　的竞争力，创造了良好的经济效益与社会效益。本　文就淀粉接枝丙烯酰胺在造纸中应用现状及其发展　趋势进行概述，旨在为研究开发适用于我国造纸工　业的淀粉接枝丙烯酰胺助剂提供参考。　１　淀粉接枝丙烯酰胺在造纸工业中的应用　１．１　用作增强剂　以淀粉接枝丙烯酰胺共聚来制备纸张增强剂，　加入纸浆，在加强纤维之间的结合力的同时，增加了　细小纤维的留着率。另外，此助剂用于中性抄纸过　程，使用时不需加入硫酸铝，同时改进了聚丙烯酰胺　单独使用的不足＿１］。近年来，淀粉接枝丙烯酰胺共　聚物以其增强效果显著、生产效率高、污染小等优势　备受造纸行业青睐。　先对淀粉进行一定的变性处理，再与聚丙烯酰　胺接枝共聚，则产品性能会得到很大提高，这方面研　究尤以阳离子淀粉接丙烯酰胺研究最多。如施建平［２　收稿日期：２０１０一Ｏ４一Ｏ９　基金项目：陕西理＿Ｔ－学院科研基金资助项目（ＸＤＸＳ０８００５５）　作者简介：李文飞（１９８６一），男，陕西彬县人，陕西理工学院化学　工程与工艺专业Ｏ７级本科学生。　以阳离子淀粉与丙烯酰胺接枝共聚，产物对纸张的　增强作用效果显著，其中ＭＣＳＴ一１Ｃ（以淀粉用量　７６．１　，醚化剂用量２３．９　为主要组分合成）改性　阳离子淀粉的作用效果相对最好，当其用量为０．４　（对绝干浆）时，纸张抗张指数提高２９．８　，耐破指　数提高４５．４　，撕裂指数提高４４．３　。　王琳＿３］采用阳离子淀粉与窄分子量阴离子聚丙　烯酰胺接枝制备纸张增干强剂，应用于打浆度为　３８。ＳＲ，添加量为０．７　，ｐＨ为７，定量为６０ｇ／ｍ。时　的阔叶木浆纸张抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐　折度依次提高了约３０．５５　～５２．１２　、３１．００　～　６１．７９　、２７．１２　～５２．０９　、５０　９／６～８Ｏ　。由此可　见，阳离子淀粉接枝聚丙烯酰胺合成助剂具有溶解　性好、用量少、增强效果显著等优点，是一种值得推　广的增强剂。　此外，还可以采用其他变性淀粉与丙烯酰胺或　者丙烯酰胺聚合物反应制备。如沈一丁＿４　采用无皂　乳液两步聚合法合成了腈乙基淀粉接枝阳离子聚丙　烯酰胺纸张增强剂。得到的增强剂对增加纸张环压　强度、耐破度有明显效果。用量为绝干浆质量的０．４　时，可使纸的环压强度相对空白原纸提高２９．５　，　耐破度提高４５　。此产品为半透明黏性液体，可与　水任意比互溶，稳定性好，避免了淀粉和聚丙烯酰胺　类增强剂的缺陷，可以显著提高纸张各项干强指数，　是一种理想的造纸增强剂。　淀粉接枝丙烯酰胺的合成工艺简单，反应条件　温和，副反应少，原料来源广，生产成本低，是一种引　人注目的造纸助剂。此类助剂在造纸中往往具有多　重功效，在研发新型助剂时要注重考虑其对纸张质　量的综合效应。另外，复合变性淀粉与丙烯酰胺接　枝共聚得到的产物用于造纸增强剂，效果将会更为　２７一一　２０１０年第３期　《黑龙江造纸》　明显，这将是这方面今后的研究重点。　１．２　用作助留助滤剂　聚氧乙烯醚与山梨糖醇酐油酸酯复配乳化剂，引发　剂用量为０．１５　，反应温度３５℃，反应时间５ｈ，产　淀粉接枝丙烯酰胺共聚物利用电荷中和、桥联、　镶嵌及氢键作用来吸附浆料中的细小纤维、亲脂抽　出物等于胶状物的表面之上，并促使其絮凝。因而，　淀粉接枝丙烯酰胺共聚物可提高浆料中的细小纤维　填料以及各种助剂的留着率，改善纸页质量，降低生　产成本。　如邱广明＿５］研究了淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物　物的特性黏度为４６５ｍＬ／ｇ。对生活污水的应用实　验表明，该接枝共聚物有很好的絮凝效果。　淀粉接枝丙烯酰胺聚合物是一种多功能的水溶　性高分子材料，除适用于造纸过程的絮凝处理，还可　应用于石油开采和采矿等领域。如尹丽研究表明，　丙烯酰胺反相乳液接枝共聚产物对污水、高岭土、黄　泥有较好的絮凝效果Ｉｇ］。淀粉接枝丙烯酰胺利用廉　价易得的淀粉替代部分价格较高的聚丙烯酰胺，不　仅克服了聚丙烯酰胺稳定性较差、易分解、耐酸碱能　力差等不足，同时有效地降低了絮凝剂的成本。淀　粉接枝丙烯酰胺由于其优良的絮凝性能，近年来在　污水处理领域发展很迅速。目前，研究方向主要集　絮凝助留助滤性，结果表明：丙烯酰胺的接枝百分率　愈高，纸浆的絮凝速度和留着率愈大，接枝百分率为　６０．９　的共聚物可使纸浆的网上留着率提高１２．３　。　目前，淀粉接枝丙烯酰胺共聚物用作造纸助留　剂的报道还不是很多，研究者将目光集中在既可作　助留助滤剂，又可作絮凝剂或增强剂的开发上。因　此，研究综合效能优异的淀粉接枝丙烯酰胺将是今　后发展的必然趋势。　１．３用作絮凝剂　淀粉接枝丙烯酰胺聚合物既有糖类化合物的分　中在高性能的淀粉接枝丙烯酰胺聚合物开发，以及　合成工艺与应用的优化研究上。　１．４用作抗菌剂　淀粉在自然界中储量丰富，来源广泛，具有良好　生物相容性、可降解性，可以用多种方法改性等优　点，使得淀粉衍生物得到广泛的应用。近年来的研　究发现，淀粉接枝丙烯酰胺聚合物还具有一定抗菌　子间作用力与反应活性，又有合成高分子的机械与　生物作用稳定性和线性链展开能力。由于其支链结　构适当地分散了絮凝集团，在水中有较大的空间体　积和细长的支链，对捕集悬浮微粒、特别是细小微粒　性，因而抗菌性淀粉衍生物的研究开发受到人们关　注。　效果更显著。因此，在一定条件下，其絮凝效果优于　普通的无机絮凝剂（硫酸铝）和其他有机絮凝剂　］。　除此之外，由于其适用范围广、成本低、用量少、避免　了二次污染，是一种性能良好的新型废水处理剂。　如刘晓艳口］研究发现，当采用Ａ１　（ＳＯ　）。和淀　如胡丕山口叩研究表明：氨基酸改性支链淀粉　（Ｓｔ－ｇ）／Ｎ烯酰胺共聚物对大肠杆菌和金黄色葡萄　球菌这两种最常见的细菌都有一定的抑制效果。其　中，半胱氨酸改性的Ｓｔ－ｇ－ＰＡＭ对大肠杆菌的抑制　效果最明显，抗菌率达到了６Ｏ．４　；组氨酸（Ｈｉｓ）改　性的Ｓｔ—ｇ—ＰＡＭ对金黄色葡萄球菌的抑制效果最明　显，抗菌率达到了６２．０　。　粉接枝聚丙烯酰胺混合使用处理废水时，其絮凝效　果优于淀粉接枝聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺的。除此　之外，淀粉接枝聚丙烯酰胺对纸料有一定的留着效　果，且效果优于聚丙烯酰胺的。但是，随着淀粉接枝　聚丙烯酰胺用量的增加，纸张的定量随之增加，撕裂　目前，淀粉接枝丙烯酰胺聚合物抗菌性研究报　道还不是很多，但发展潜力是毋庸置疑的，今后应加　强抗菌机理方面的研究，为应用性研究提供理论支　度和耐折度逐渐下降，但抗拉强度和裂断长先增加　后减少。因此，淀粉接枝聚丙烯酰胺在用于造纸废　水处理时，需要严格控制用量，考虑其对纸张质量的　持，以拓展其更广泛的应用。　１．５　其他方面的应用　随着研究工作的不断深入，淀粉接枝丙烯酰胺　更广泛的用途被开发出来，如可用作胶合板胶粘剂，　其生产过程一般是将淀粉制备成氧化淀粉，再配比　一综合效应。　淀粉还可与丙烯酰胺及其他高分子多元接枝聚　合，产品具有更为优异的絮凝效果。如巩冠群Ｌ８］以　无水亚硫酸钠和过硫酸铵为引发剂，通过反相乳液　定量的丙烯酰胺和引发剂，在一定ｐＨ、温度下接　枝聚合制得产品。如卢利明ｎ１］以高锰酸钾作为玉　聚合制备了淀粉／丙烯酰胺／丙烯酰氧乙基三甲基氯　化铵三元共聚物，确定了最佳反应条件：选用脂肪醇　一米淀粉的氧化剂，在高锰酸钾为淀粉量的１．２　，丙　烯酰胺为淀粉量８％，主剂淀粉与交联剂（三聚氰胺　２８一　淀粉接枝丙烯酰胺在造纸中应用　衍生物）质量比为７５：２５，固化剂有机酸用量为淀　粉胶的２．５％～３％条件下，制备的淀粉接枝丙烯酰　胺胶粘剂的胶合性能满足了Ⅱ类胶合板的应用要　求。与普通Ｅ　脲醛树脂胶相比，其成本要略低，具　有产业化发展可能。由于淀粉接枝丙烯酰胺无毒、　环保，是一种理想的改性天然胶粘剂，但是，与普通　脲醛树脂胶粘剂相比，改性淀粉胶粘剂的耐水性能　稍差，有待今后进一步的深入研究。　淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物作为絮凝剂和抗菌剂的　发展前景诱人，此外，淀粉与聚丙烯酰胺以及其他高　分子多元共聚，产品具有更为优异的多重性能，这些　将是今后淀粉接枝丙烯酰胺研究的发展趋势。相信　随着研究工作的不断深人，有关淀粉接枝丙烯酰胺　必将取得更多可喜的研究成果。　［参考　文　献］　Ｉ－１］王琳，刘书钗．聚丙烯酰胺接枝制备增干强剂［Ｊ］．纸和造纸，　淀粉接枝丙烯酰胺共聚物克服了以天然淀粉和　２００７，２６（１）：４９—５１．　［２］施建平，张宏伟，唐爱民，等．丙烯酰胺改性阳离子淀粉制备及　变性淀粉作传统干电池隔板糊层，经受不了重、中负　对纸张增强作用研究［Ｊ］．造纸科学与技术，２００７。２６（６）：９４—　荷连续放电后期的考验，不稳定、吸液性不好等缺　９７．　点，可望成为较理想的浆层纸涂料用于新一代纸质　［３］王琳，刘书钗．ＣＳｔ－ＡＰＡＭ制备纸张增干强剂［Ｊ］．杭州化工，　电池的生产　。　２００６，６３（４）：２３—２５．　淀粉接枝丙烯酰胺共聚物可作为表面活性剂，　［４３　沈一丁，刘宝华，费贵强．腈乙基淀粉接枝阳离子聚丙烯酰胺纸　用于捕集水中的一些金属离子，如对Ｃｒ（Ⅵ）等重金　张增干强剂的制备及性能［Ｊ］．现代化工，２００９，２９（ｓ２）：１５６—　１５９．　属离子具有吸附性能，因此可用于水中金属离子的　［５］邱广明，邱广亮．淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物的合成及絮凝助　富集处理。由于可生物降解，因此在处理废水中金　留性［Ｊ］．精细化工，２００１，１８（３）：１６２—１６４．　属离子方面有较大潜力。　［６］　叶为标．改性淀粉絮凝剂研究进展［Ｊ］．粮食与油脂，２００８（９）：　此外，淀粉接枝丙烯酰胺共聚物还可用于皮革　６－１０．　Ｅ７］刘晓艳．淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备与应用研究［Ｄ］．北京：北　行业，如用作皮革复鞣剂。　京印刷学院，２００８．　２展望　［８］巩冠群，王瑞雪，胡勇，等．反相乳液共聚淀粉一丙烯酰胺一丙烯　酰氧乙基三甲基氯化铵的合成及应用ＥＪ］．化工文摘，２００９（１）：　淀粉接枝聚丙烯酰胺共聚物作为一类新型的高　２８—３Ｏ．　分子材料，是造纸行业中一类重要的助剂。随着我　Ｅ９］　尹丽．木薯淀粉丙烯酰胺反相乳液接枝共聚的研究［Ｄ］．儋州：　国造纸工业的快速发展，淀粉接枝丙烯酰胺聚合物　华南热带农业大学，２００６．　［１Ｏ］胡丕山．氨基酸改性支链淀粉接枝共聚物的制备及其抗菌性　的需求量将不断增加。因此，淀粉接枝聚丙烯酰胺　的研究［Ｄ］．无锡：江南大学，２００８．　共聚物具有广阔的发展空间。　［１１］卢利明．胶合板用淀粉胶粘剂的制备和应用［Ｊ］．中国胶粘剂，　目前，淀粉接枝丙烯酰胺类产品发展很快，但也　２００９，１８（３）：３７－３９．　存在一些不足，如稳定性较差、价格偏高等问题，使　Ｅｌ２］徐青林，胡惠仁，张红杰．淀粉一丙烯酰胺接枝共聚物制备及其　其应用受到一定的限制。因此急需改进目前的生产　在造纸工业中应用研究新进展［Ｊ］．国际造纸，２００２，２１（２）：　３５—４Ｏ．　工艺以提高产品质量、降低生产成本，这也是目前的　研究热点，即制备工艺优化以及应用性能的研究。　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒａｆｔ　Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｆ　Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ　ｏｎｔｏ　Ｓｔａｒｃｈ　ｉｎ　Ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ　ＬＩ　Ｗｅｎ　ｆｅｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕａｎ—ｈｕａｎ，ＬＩ　Ｍｉｎｇ－ｘｉａ，ＬＩＵ　Ｊｕｎ。ｈａｉ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ　７２３００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｇｒａｆｔ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｏｆ　ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ　ｏｎｔｏ　ｓｔａｒｃｈ　ｉｎ　ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏｃｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｒｃｈ；ｇｒａｆｔ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ；ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ