造纸用水溶性高分子材料性能分析介绍

    水溶性高分子材料是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。它具有性能优异、使用方便、有利环境保护等优点，广泛应用于国民经济的各个领域。

　　1 天然水溶性高分子

　　天然水溶性高分子以植物或动物为原料，通过物理的或物理化学的方法提取而得。许多天然水溶性高分子一直是造纸助剂的重要组分，例如常见的有表面施胶剂天然淀粉、植物胶、动物胶 （干酪素）、甲壳质以及海藻酸的水溶性衍生物等。

　　2 半合成水溶性高分子

　　这类高分子材料是由上述天然物质经化学改性而得。用于造纸工业中主要有两类：改性纤维素 （如羧甲基纤维素） 和改性淀粉（如阳离子淀粉）。

　　3 合成水溶性高分子

　　此类高分子的应用最为广泛，特别是其分子结构设计十分灵活的优势可以较好地满足造纸生产环境多变及造纸工业发展的要求。

　　3.1聚丙烯酰胺（PAM）

　　在工商业中凡含有50% 以上丙烯酰胺单体的聚合物都泛称聚丙烯酰胺，是一种线型水溶 性高分子，是造纸工业应用最为广泛的品种。

　　PAM用于造纸领域一般是相对分子质量为 )100～500 万的产品，其主要应用有两个方面：即纸张的增强剂和造纸用助留剂和助滤剂。低于上述相对分子质量的 PAM( 可作为分散剂，改善纸页抄造匀度，高于者可作为造纸废水处理用絮凝剂。

　　聚丙烯酰胺本身是中性材料，几乎不能被纸浆吸附，也不可能发挥作用，因此需要在其结构中导入一个电性基团。视电性基团的类型不同，聚丙烯酰胺产品有阴离子、阳离子、两性离子等。

　　3.1.1 阴离子聚丙烯酰胺（APAM）

　　当导入羧基时可获得阴离子聚丙烯酰胺。由于与纸浆纤维上负电性相斥，因此在应用时必须加入造纸矾土作为阳离子促进剂。这种应用不但麻烦，而且无法实现中性抄纸技术带来的经济效益。据统计，国外造纸工业 90 年代 APAM( 的应用比例已由 60% 下降到30% ，而阳离子聚丙烯酰胺却由 20% 急速上升到50%以上。

　　3.1.2 阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）

　　在CPAM的工业制备方法中，以丙烯酰胺为主要单体与其他阳离子单体共聚的方法，因其分子结构、电荷分布、相对分子质量易于控制而被越来越多地加以采用。

　　阳离子聚丙烯酰胺可以直接吸附在纸浆上，在广泛的 12范围内都有效。

　　3.1.3 两性聚丙烯酰胺 （C－PAM）

　　CPAM( 在日益复杂的造纸生产环境里也暴露出“先天不足” 。主要表现在：随着造纸白水封闭化程度的提高，白水中溶盐浓度持续积累性上升，在一定程度上抵消了 0PAM( 的使用效果；由上述原因而导致增加阳离子高分子助剂的添加量，造成抄造条件下的过阳离子体系，操作困难，效果反而下降；现代造纸条件下，经常使用高配比的二次纤维，由此而带来的“阴离子垃圾”也会恶化助剂的使用效果。于是人们又研发出两性聚丙烯酰胺，在其分子中既有阳离子基团，又有阴离子基团，其增强和助留助滤作用好于单独使用阳离子型高分子，更好于阴离子型高分子。

　　考虑到上述离子型聚丙烯酰胺仍为线型高分子，在与纤维结合程度上以及抵抗白水溶盐影响方面仍有不如人意之处，科技人员正试图根据抄纸环境的变化特点，设计、制备出支链型乃至立体型聚丙烯酰胺水溶性高分子。

　　3.2 聚酰胺环氧氯丙烷（PAE）

　　PAE的制备分两步，第一步是合成聚酰胺，第二步是在此基础上引入环氧基。第一步合成的聚酰胺分子中含有阳离子基团，能与纤维素形成静电结合，而第二步引入的环氧基具有进一步的反应性能，因此 PAE 是一种反应性的水溶高分子材料，并且具备了纸张湿强剂必须具有的四个特性，即（1）必须是高分子；（2）必须是水溶性的；（3）必须是阳离子型的；（4） 必须能形成化学网络结构，反应为热固型。

　　目前，PAE 是一种重要的湿强剂，但属于含有氯的高分子材料，对环境保护而言是不利的。

　　3.3 聚乙烯亚胺（PEI）

　　作为水溶性高分子，PEI直接加入浆料中，由于它的水溶液呈阳离子性，因此可作为阳离子型增湿强剂，与 PEI 相比，它的分子中无热固性反应基团，也不能固化而得湿强度，而是通过与纸浆上羟基产生强的静电吸引形成次价力交联网络，这与PEI 产生湿强度的机理是不同的。相比之下，PAE 提供的纸张湿强度要比 PEI 提供的低一
些。

　　3.4 聚氧化乙烯（PEO)

　　PEO是环氧乙烷经多相催化通过阴离子开环聚合而成的水溶性高分子，与聚乙二醇（PEG)在形式上具有相同的结构式，一般以相对分子质量不同来区分，两万以下的称为聚乙二醇，两万以上的称为聚氧化乙烯。

　　PEO 在造纸工业中最主要的用途是用作纸浆长纤维分散剂，还可用作助留助滤剂、水溶性功能纸粘合剂以及某些合成纤维、玻璃纤维及聚烯烃专用纸制备的组方之一。

　　与上述水溶性高分子不同的是，PEO是一种非离子型高分子，当用作助留助滤剂时，对木素含量较少的化学浆而言，其留着率显得不稳定，应考虑同时加入 PEO活性助剂，如酚醛树脂硫酸盐浆木素等，以提高助留助滤的效果。PEO用作纸张增强剂
的应用正在积极地研发之中。

　　一般用作长纤维分散剂的PEO相对分子质量范围为250～300万，其伸展的高分子结构阻止了纤维表面的相互接近，同时能提高纸料悬浮体的粘度，这些都限制了纤维絮凝的产生。在抄造卫生纸、餐巾纸、手帕纸、茶叶袋滤纸时使用效果明
显，起到了湿部成形助剂的作用。

　　3.5 聚乙烯醇（PVA)

　　聚乙烯醇不能由乙烯醇直接聚合，因后者极不稳定，可由聚醋酸乙烯经干法工艺路线发生碱性醇解而得。聚乙烯醇具有优越的成膜性能和粘接强度，因此决定了它在造纸工业中主要有两方面的应用。一是用作纸张施胶剂，另一个则是用作涂布纸颜料的粘合剂。除此之外还可用于与造纸工业紧密相关的纸与纸板加工用粘合剂等。

　　用于纸张表面施胶剂 的PVA，一般选用聚合度为1700左右，醇解度为567 2 557，基本达到完全醇解的牌号。用于颜料粘合剂时，PVA 聚合度越高，则涂布纸表面强度越高，但涂料流动性变差；醇解度越高，纸张涂布层的抗油、抗溶性越好，但涂料流动性也会下降。为此可将PVA 与合成胶乳复配使用或对PVA 专门进行改性以适应高速涂布机的生产要求。

　　3.6聚丙烯酸及其共聚物（PAA)

　　作为高吸水性树脂，已广泛用于妇女卫生巾、儿童纸尿布、成人失禁生理材料等，极大地拓展了造纸产品的花色品种。此外，聚丙烯酸钠在造纸涂布用颜料分散剂以及表面施胶剂方面的开发和利用，正成为新的课题。

　　3.7 聚乙烯吡咯烷酮（PVA)

　　PVP分子中既有亲水基团也有亲油基团，比一般水溶性高分子材料性能更加优越。目前，PVP 在造纸工业中还仅仅在高档产品中使用以获得高附加值。例如，PVP材料用于彩色喷墨打印纸的涂层，固化后的 PVP纸张涂层可使彩色喷打墨水快速干燥，涂层透明。

　　以上仅为造纸工业与水溶性高分子材料完美结合数例中冰山之一角。近年来，造纸工业抄造条件千差万别，纸制品多品种化程度日益提高，环境保护的加强等诸多因素，为性能优异、分子制备灵活多样的水溶性高分子材料创造了广阔的应用前景。