造紙用水溶性高分子材料性能分析介紹

水溶性高分子材料是一種親水性的高分子材料，在水中能溶解或溶脹而形成溶液或分散液。它具有性能優異、使用方便、有利環境保護等優點，廣泛應用于國民經濟的各個領域。
　　1 天然水溶性高分子

　　天然水溶性高分子以植物或動物為原料，通過物理的或物理化學的方法提取而得。許多天然水溶性高分子一直是造紙助劑的重要組分，例如常見的有表面施膠劑天然淀粉、植物膠、動物膠 （干酪素）、甲殼質以及海藻酸的水溶性衍生物等。

　　2 半合成水溶性高分子

　　這類高分子材料是由上述天然物質經化學改性而得。用于造紙工業中主要有兩類：改性纖維素 （如羧甲基纖維素） 和改性淀粉（如陽離子淀粉）。

　　3 合成水溶性高分子

　　此類高分子的應用最為廣泛，特別是其分子結構設計十分靈活的優勢可以較好地滿足造紙生產環境多變及造紙工業發展的要求。

　　3.1聚丙烯酰胺（PAM）

　　在工商業中凡含有50% 以上丙烯酰胺單體的聚合物都泛稱聚丙烯酰胺，是一種線型水溶 性高分子，是造紙工業應用最為廣泛的品種。

　　PAM用于造紙領域一般是相對分子質量為 )100～500 萬的產品，其主要應用有兩個方面：即紙張的增強劑和造紙用助留劑和助濾劑。低于上述相對分子質量的 PAM( 可作為分散劑，改善紙頁抄造勻度，高于者可作為造紙廢水處理用絮凝劑。

　　聚丙烯酰胺本身是中性材料，幾乎不能被紙漿吸附，也不可能發揮作用，因此需要在其結構中導入一個電性基團。視電性基團的類型不同，聚丙烯酰胺產品有陰離子、陽離子、兩性離子等。

　　3.1.1 陰離子聚丙烯酰胺（APAM）

　　當導入羧基時可獲得陰離子聚丙烯酰胺。由于與紙漿纖維上負電性相斥，因此在應用時必須加入造紙礬土作為陽離子促進劑。這種應用不但麻煩，而且無法實現中性抄紙技術帶來的經濟效益。據統計，國外造紙工業 90 年代 APAM( 的應用比例已由 60% 下降到30% ，而陽離子聚丙烯酰胺卻由 20% 急速上升到50%以上。

　　3.1.2 陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）

　　在CPAM的工業制備方法中，以丙烯酰胺為主要單體與其他陽離子單體共聚的方法，因其分子結構、電荷分布、相對分子質量易于控制而被越來越多地加以采用。

　　陽離子聚丙烯酰胺可以直接吸附在紙漿上，在廣泛的 12范圍內都有效。

　　3.1.3 兩性聚丙烯酰胺 （C－PAM）

　　CPAM( 在日益復雜的造紙生產環境里也暴露出“先天不足” 。主要表現在：隨著造紙白水封閉化程度的提高，白水中溶鹽濃度持續積累性上升，在一定程度上抵消了 0PAM( 的使用效果；由上述原因而導致增加陽離子高分子助劑的添加量，造成抄造條件下的過陽離子體系，操作困難，效果反而下降；現代造紙條件下，經常使用高配比的二次纖維，由此而帶來的“陰離子垃圾”也會惡化助劑的使用效果。于是人們又研發出兩性聚丙烯酰胺，在其分子中既有陽離子基團，又有陰離子基團，其增強和助留助濾作用好于單獨使用陽離子型高分子，更好于陰離子型高分子。

　　考慮到上述離子型聚丙烯酰胺仍為線型高分子，在與纖維結合程度上以及抵抗白水溶鹽影響方面仍有不如人意之處，科技人員正試圖根據抄紙環境的變化特點，設計、制備出支鏈型乃至立體型聚丙烯酰胺水溶性高分子。

　　3.2 聚酰胺環氧氯丙烷（PAE）

　　PAE的制備分兩步，第一步是合成聚酰胺，第二步是在此基礎上引入環氧基。第一步合成的聚酰胺分子中含有陽離子基團，能與纖維素形成靜電結合，而第二步引入的環氧基具有進一步的反應性能，因此 PAE 是一種反應性的水溶高分子材料，并且具備了紙張濕強劑必須具有的四個特性，即（1）必須是高分子；（2）必須是水溶性的；（3）必須是陽離子型的；（4） 必須能形成化學網絡結構，反應為熱固型

    目前，PAE 是一種重要的濕強劑，但屬于含有氯的高分子材料，對環境保護而言是不利的。

　　3.3 聚乙烯亞胺（PEI）

　　作為水溶性高分子，PEI直接加入漿料中，由于它的水溶液呈陽離子性，因此可作為陽離子型增濕強劑，與 PEI 相比，它的分子中無熱固性反應基團，也不能固化而得濕強度，而是通過與紙漿上羥基產生強的靜電吸引形成次價力交聯網絡，這與PEI 產生濕強度的機理是不同的。相比之下，PAE 提供的紙張濕強度要比 PEI 提供的低一些。

　　3.4 聚氧化乙烯（PEO)

　　PEO是環氧乙烷經多相催化通過陰離子開環聚合而成的水溶性高分子，與聚乙二醇（PEG)在形式上具有相同的結構式，一般以相對分子質量不同來區分，兩萬以下的稱為聚乙二醇，兩萬以上的稱為聚氧化乙烯。

　　PEO 在造紙工業中最主要的用途是用作紙漿長纖維分散劑，還可用作助留助濾劑、水溶性功能紙粘合劑以及某些合成纖維、玻璃纖維及聚烯烴專用紙制備的組方之一。

　　與上述水溶性高分子不同的是，PEO是一種非離子型高分子，當用作助留助濾劑時，對木素含量較少的化學漿而言，其留著率顯得不穩定，應考慮同時加入 PEO活性助劑，如酚醛樹脂硫酸鹽漿木素等，以提高助留助濾的效果。PEO用作紙張增強劑
的應用正在積極地研發之中。

　　一般用作長纖維分散劑的PEO相對分子質量范圍為250～300萬，其伸展的高分子結構阻止了纖維表面的相互接近，同時能提高紙料懸浮體的粘度，這些都限制了纖維絮凝的產生。在抄造衛生紙、餐巾紙、手帕紙、茶葉袋濾紙時使用效果明
顯，起到了濕部成形助劑的作用。

　　3.5 聚乙烯醇（PVA)

　　聚乙烯醇不能由乙烯醇直接聚合，因后者極不穩定，可由聚醋酸乙烯經干法工藝路線發生堿性醇解而得。聚乙烯醇具有優越的成膜性能和粘接強度，因此決定了它在造紙工業中主要有兩方面的應用。一是用作紙張施膠劑，另一個則是用作涂布紙顏料的粘合劑。除此之外還可用于與造紙工業緊密相關的紙與紙板加工用粘合劑等。

　　用于紙張表面施膠劑 的PVA，一般選用聚合度為1700左右，醇解度為567 2 557，基本達到完全醇解的牌號。用于顏料粘合劑時，PVA 聚合度越高，則涂布紙表面強度越高，但涂料流動性變差；醇解度越高，紙張涂布層的抗油、抗溶性越好，但涂料流動性也會下降。為此可將PVA 與合成膠乳復配使用或對PVA 專門進行改性以適應高速涂布機的生產要求。

　　3.6聚丙烯酸及其共聚物（PAA)

　　作為高吸水性樹脂，已廣泛用于婦女衛生巾、兒童紙尿布、成人失禁生理材料等，極大地拓展了造紙產品的花色品種。此外，聚丙烯酸鈉在造紙涂布用顏料分散劑以及表面施膠劑方面的開發和利用，正成為新的課題。

　　3.7 聚乙烯吡咯烷酮（PVA)

　　PVP分子中既有親水基團也有親油基團，比一般水溶性高分子材料性能更加優越。目前，PVP 在造紙工業中還僅僅在高檔產品中使用以獲得高附加值。例如，PVP材料用于彩色噴墨打印紙的涂層，固化后的 PVP紙張涂層可使彩色噴打墨水快速干燥，涂層透明。

　　以上僅為造紙工業與水溶性高分子材料完美結合數例中冰山之一角。近年來，造紙工業抄造條件千差萬別，紙制品多品種化程度日益提高，環境保護的加強等諸多因素，為性能優異、分子制備靈活多樣的水溶性高分子材料創造了廣闊的應用前景。