水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的合成与应用

发布时间：2017-09-27 19:18

  本文关键词：水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的合成与应用

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【摘要】：水基分散体交联型阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)是一种新型的阳离子助留助滤剂,具有抗高剪切力与抗高电导率的作用。本研究以硫酸铵的水溶液作为分散介质,自制聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDMC)为分散稳定剂,丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为主要单体,加入结构改性助剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA),合成高分子量的交联型CPAM水基分散体,并对其进行表征；研究通过玻璃膨胀计法,模拟交联型CPAM的分散聚合动力学过程,采用数学方法拟合并计算出交联型CPAM的分散聚合动力学方程,得出反应活化能Ea,并对动力学方程进行反算验证；将水基分散体交联型CPAM助留助滤剂应用到文化用纸中,并和线型CPAM进行对比,优化出CPAM助留助滤剂的应用条件,并对应用机理进行探讨。研究证明,当总单体浓度为15%,DMC与AM的摩尔比为0.15,引发剂用量为单体总量的0.11%,MBA用量为4Omg/kg,甲基丙烯磺酸钠(SMA S)用量为600mg/kg,反应温度为56℃时,所合成产品的性能最优。在高剪切力与高电导率条件下,自制交联型CPAM的助留助滤性能优于市售线型CPAM'‘水包水”乳液。以偶氮二异丁基脒二盐酸盐(V50)为引发剂,AM和DMC为单体,加入交联剂与分散剂,利用玻璃膨胀计,研究了水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的反应动力学,分别探讨了单体总浓度、引发剂浓度、单体配比、交联剂用量与分散剂浓度对化学反应速率的影响。研究结果表明：聚合速率方程为Rp=K[M]1.99[I]0.71,分散聚合反应的表观活化能为103.59 KJ·mol-1,反应速率常数表达式为K=4.001×1017·exp(-12.43/T),经过公式计算所得数据与实验值基本一致。将制得的交联型CPAM“水包水”乳液进行了应用实验。测定了其在模拟文化用纸生产条件下的助留助滤效果,并与直链型CPAM进行了比较。当在浆料中的添加量为0.04%,与浆料的接触时间为30S时,具有较好的助留助滤性能,浆料首程留着率可达91%,填料留着率为85%,浆料打浆度(用来表示浆料滤水性)可降低至25°SR左右。在高盐、高剪切力条件下,其助留助滤效果优于线性高分子,具有抗盐、抗剪切的效果。在天津某厂对水基分散体交联型CPAM助留助滤剂进行生产,成功设计了产品生产工艺与生产设备,对所得产品进行入库检测及性能评测,其具有较好的助留助滤作用；将其应用到河北唐山某瓦楞纸厂,与膨润土组成微粒助留助滤系统,添加聚合氯化铝(PAC),使白水浓度降低至2-5%,水线移动0.7 m(相对表示滤水性),提高了浆料利用率,解决了粘缸、断纸问题,缓解了废水处理难度。
【关键词】：助留助滤剂 阳离子聚丙烯酰胺 水基分散体 交联 膨胀计 动力学
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS727
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-23
• 1.1 造纸湿部化学的现状及展望10
• 1.2 助留助滤剂的概述10-12
• 1.2.1 助留助滤剂的发展与类别10-12
• 1.2.2 助留助滤机理12
• 1.3 聚丙烯酰胺的概述12-15
• 1.3.1 聚丙烯酰胺的种类及性能12-14
• 1.3.2 聚丙烯酰胺的应用14-15
• 1.4 分散聚合15-18
• 1.4.1 分散聚合定义15
• 1.4.2 分散聚合机理15-18
• 1.5 “水包水”型阳离子聚丙烯酰胺18-22
• 1.5.1 水基分散体CPAM醇水体系工艺研究18-19
• 1.5.2 水基分散体CPAM盐水体系工艺研究19-21
• 1.5.3 分散聚合动力学研究21-22
• 1.6 本研究的内容和意义22-23
• 1.6.1 研究内容22
• 1.6.2 研究意义22-23
• 2 材料与方法23-28
• 2.1 实验药品和设备23-24
• 2.1.1 实验药品23
• 2.1.2 实验设备23-24
• 2.2 聚合物的制备24-25
• 2.2.1 分散稳定剂PDMC的合成24-25
• 2.2.2 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的合成25
• 2.3 CPAM乳液的分析与表征25-26
• 2.3.1 单体转化率测定25
• 2.3.2 分子量测定25-26
• 2.3.3 电荷密度的测定26
• 2.3.4 CPAM表观粘度的测定26
• 2.3.5 CPAM粒径的测定26
• 2.3.6 CPAM颗粒形态的测定26
• 2.3.7 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)26
• 2.3.8 核磁共振波谱分析(HNMR)26
• 2.4 交联型CPAM的分散聚合动力学研究方法26-27
• 2.5 CPAM乳液的应用检测27-28
• 2.5.1 填料留着率和浆料滤水性的测定27
• 2.5.2 纸页物理性能的检测27-28
• 3 结果与讨论28-68
• 3.1 水基分散体交联型CPAM的合成28-36
• 3.1.1 单体总浓度对聚合反应的影响28-29
• 3.1.2 单体摩尔配比对聚合反应的影响29-30
• 3.1.3 反应温度对聚合反应的影响30-31
• 3.1.4 引发剂用量对聚合反应的影响31-32
• 3.1.5 交联剂用量对聚合反应的影响32-33
• 3.1.6 链转移剂用量对聚合反应的影响33-34
• 3.1.7 交联型CPAM的红外光谱分析34-35
• 3.1.8 交联型CPAM的核磁共振分析35
• 3.1.9 小结35-36
• 3.2 水基分散体交联型CPAM的分散聚合动力学36-47
• 3.2.1 反应单体总浓度对分散聚合速率的影响36-37
• 3.2.2 引发剂用量对分散聚合速率的影响37-39
• 3.2.3 单体摩尔配比对分散聚合速率的影响39-40
• 3.2.4 交联剂用量对分散聚合速率的影响40-41
• 3.2.5 分散剂用量对分散聚合速率的影响41-43
• 3.2.6 反应温度对分散聚合速率的影响43-44
• 3.2.7 反应速率常数K的计算44-46
• 3.2.8 交联型CPAM分散聚合动力学方程的确定46-47
• 3.2.9 小结47
• 3.3 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的应用47-57
• 3.3.1 接触时间对CPAM助留助滤性能的影响47-48
• 3.3.2 CPAM添加量对助留助滤性能的影响48-51
• 3.3.3 剪切力对CPAM助留助滤性能的影响51-52
• 3.3.4 电导率对CPAM助留助滤性能的影响52-54
• 3.3.5 pH对CPAM助留助滤性能的影响54-56
• 3.3.6 CPAM对手抄片物理性能的影响56-57
• 3.3.7 小结57
• 3.4 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的工业化57-68
• 3.4.1 产品生产与应用的可行性分析57-58
• 3.4.2 水基分散体交联型CPAM助留助滤剂的生产58-64
• 3.4.3 HY-2053助留助滤剂的纸厂应用64-66
• 3.4.4 小结66-68
• 4 结论68-70
• 5 展望70-71
• 6 参考文献71-78
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况78-79
• 8 致谢79

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本文编号：931463