活性自由基法制备聚丙烯酰胺及其应用的研究

【摘要】我国森林资源匮乏，近年来大量采用废纸浆和草浆来造纸，其纤维强度的先天不足使成纸的强度较低，因此使用干强剂来提高纸张强度一直是造纸工业研究的热点之一。聚丙烯酰胺类造纸干强剂性能优良且为环境友好型，是造纸行业应用较多的化学助剂。目前，关于聚丙烯酰胺的合成，普遍采用自由基聚合法，该方法存在慢引发、快增长、容易发生不可逆的链转移和链终止等缺点，使聚合反应过程难以控制，影响合成产物的性能。可逆加成-断裂链转移自由基聚合（RAFT）兼具了自由基聚合和活性聚合的优点，由于其独特的反应机理，能更好地实现对聚合反应的控制。本文采用RAFT法制备了非离子聚丙烯酰胺（NPAM）和阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），并对其作为干强剂应用于纸页中进行了研究。首先合成了链转移剂二硫代苯甲酸苄酯（BDTB），运用傅里叶红外光谱和核磁图谱对其结构和官能团进行分析，证明合成的BDTB与理论的BDTB结构相符。其次研究了NPAM的合成条件及其作为干强剂对纸页的增强效果。研究结果表明：当反应温度为80℃，引发剂用量为0.2%，转移剂与引发剂摩尔比值为4:1，聚合反应时间为10h时合成的NPAM分子量较高。通过红外光谱对合成产物进行了结构分析，结果显示合成产物中含有羰基和酰胺基，证明了合成产物为NPAM。对NPAM作为干强剂应用于纸页的研究发现：当NPAM添加量为0.6%、与浆料作用时间为10min时，增强效果较好，此时纸页的抗张指数、耐折度和撕裂指数与空白样相比，分别提高了26.71%，47.58%和19.34%；NPAM对加填纸页也有较好的增强效果，在NPAM添加量为0.6%时，加填纸页的抗张指数、耐折度和撕裂指数分别比未添加NPAM的加填纸页提高了23.71%、33.33%和15.67%；对不同浆种的应用结果显示NPAM对不同浆种的纸页都有一定的增强作用，综合分析对废纸浆的增强效果较好。最后研究了CPAM的合成条件及其作为干强剂对纸页的增强效果。研究结果表明合成CPAM较佳的反应条件为：反应温度85℃，引发剂用量0.4%，转移剂与引发剂摩尔比值为3:1，DMDAAC与AM的摩尔比为4:5，聚合反应时间为8h。通过红外光谱对合成产物的结构进行了分析，结果显示合成产物中含有羰基、酰胺基和季铵基等特征基团，证明合成产物为CPAM。CPAM作为干强剂应用于纸页的研究发现：对不同pH浆料的应用结果显示CPAM在整个pH环境中对纸页都有较好的增强效果；对不同浆种的应用结果显示CPAM对针叶木浆、阔叶木浆和废纸浆都有一定的增强效果，其中对废纸浆的增强效果较好；对不同个打浆度的应用结果显示CPAM应用于不同打浆度的浆料时，纸页的各项强度性能均能明显提高；CPAM与阳离子淀粉（CS）和羧甲基纤维素（CMC）等干强剂进行了比较，结果表明，不同的干强剂对纸页的增强效果略有不同，CPAM对纸页的抗张指数增幅较多；CPAM能显著改善浆料的滤水性能，当CPAM添加量为0.4%时，滤水效果较好。采用扫描电镜对加入CPAM前后纸页的微观结构进行了观察分析，进一步验证了CPAM的增强效果。
【作者】张鲁；
【导师】张秀梅；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】干强剂；活性聚合；RAFT法；非离子聚丙烯酰胺；阳离子聚丙烯酰胺；

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