中圖分類號(hào)：TS79 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-3851（2025）07-0443-08

引用格式：，等．陽離子型聚丙烯酰胺的合成及其在紙上的應(yīng)用[J]．浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2025，53（4）：443-450.

Abstract： To solve the problem of poor physical properties of waste pulp-based paper，N，N-Dimethyl acrylamide （DMAA） was used as a branched crosslinking agent，sodium methacryloysulfonate （SMAS） as a chain transfer agent，ammonium persulfate （APS） as an initiator，sodium sulfite as a terminator， methacryloyldimethylamine ethyl ester（DM）as a cationic monomer，and cationic polyacrylamide （CPAM） dispersion was prepared by aqueous solution polymerization. The effects of diffrent amounts of branched crosslinking agents，chain transfer agents， initiators，monomers，and monomer solution pH （20 values on the performance of the CPAM dispersion were analyzed，and the relative molecular weight and viscosity properties of CPAM were optimized. With CPAM as flocculant，the paper was prepared by the paper-making experiment，and the influence of the flocculation of the CPAM dispersion on the physical properties of the paper was analyzed. The results show that when the quality fraction of the branched crosslinking agent， the chain transfer agent， the initiator and monomer was 3.2% ， 0.8% ， 0.47% and 25% ，respectively， the monomer solution pH was 3，and the nitrogen gas flow rate was 60% ，the performance of the CPAM dispersion was best. At the same time，the dispersion was applied to the paper making of waste paper pulp. When the mass fraction of the CPAM dispersion was 0.6% ，the bursting strength of the paper reached 2.14kPa?m²/g ，the internal bonding strength was 160.5J/m² ，which were respectively raised by 30.5% and 59.5% compared with the blank sample. The CPAM dispersion prepared herein has great application potential in the paper-making industry，and also provides theoretical reference for the performance study of CPAM for waste pulp paper.

Key words： cationic polyacrylamide； aqueous solution polymerization； molecular weight； viscosity;paper strength

0 引言

廢紙漿，也稱再生漿，是由多種不同品種和性質(zhì)的廢紙與紙板加工而成[1]。在中國(guó)，廢紙回收量與回收率均呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。從紙漿細(xì)分市場(chǎng)的供給結(jié)構(gòu)來看，廢紙漿占據(jù)了約 70% 的市場(chǎng)份額，成為主流原料。盡管廢紙漿的回收利用市場(chǎng)潛力巨大，但其回收再利用所面臨的挑戰(zhàn)不容忽視，如廢紙纖維較短、機(jī)械性能欠佳，這些問題直接導(dǎo)致所制備紙張產(chǎn)品的強(qiáng)度性能不佳。因此，通過提升廢紙漿所制紙張的物理性能滿足市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)紙張的需求顯得非常重要。

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）作為一種水溶性高分子化學(xué)物，因其廣泛的適用性而在造紙、采油、選礦、紡織、環(huán)保、黏合劑及皮革復(fù)鞣劑等多個(gè)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位2。在眾多制備方法中，水溶性聚合法憑借其工藝簡(jiǎn)單、聚合轉(zhuǎn)化率高且對(duì)環(huán)境友好的特點(diǎn)，成為制備PAM的主流方法[3]。該方法通常以水作為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)過程易于控制且制作成本相對(duì)較低。通過水溶液聚合法制備的陽離子型聚丙烯酰胺（Cationicpolyacrylamide，CPAM），以乳液形態(tài)存在，展現(xiàn)出優(yōu)異的水分散性。這一特性使得CPAM在無需任何后續(xù)處理的情況下即可直接使用，從而簡(jiǎn)化了工藝流程，并顯著提升了成紙性和紙張質(zhì)量[4]

CPAM的分子鏈含有帶正電荷基團(tuán)的陽離子，這些基團(tuán)能夠中和紙漿帶中負(fù)電荷的纖維和填料顆粒，從而促進(jìn)紙纖維之間的結(jié)合。通過這種方式，PAM能有效地聚集和絮凝這些顆粒，形成較大的絮凝體，進(jìn)而提升紙漿的沉降和脫水性能[5]。另外，CPAM具有較好的耐酸性，可以在酸性及中性條件下進(jìn)行有效的施膠操作[。然而，CPAM在實(shí)際應(yīng)用中仍存在分子質(zhì)量低、黏度低、溶解度不佳及絮凝效果不理想等問題，這些問題嚴(yán)重限制了聚丙烯酰胺類紙張助劑的應(yīng)用范圍。針對(duì)以上問題，研究人員從原料、制備工藝等方面出發(fā)優(yōu)化CPAM的性能。閆君芝等[7以丙烯酰胺（Acrylamide，AM）為原料，聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化（Poly（methylmethacrylate）triethyleneglycoltrimethyl ether，PDMC）為穩(wěn)定分散劑，在偶氮二異丁氰和四甲基乙二胺（Tetramethylethylenediamine，TEMED）的作用下，鏈接陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（Methylacryloxyethyl trimethyl ammonium chloride，DMC）和甲基丙烯酰氧乙基芐基二甲基氯化銨（Methylacryloxyethylbenzyl dimethyl ammoniumchloride，MB-DAC），使CPAM的絮凝效果提升了15%～20% 。鄧敏等8通過調(diào)控季銨化反應(yīng)的時(shí)間和溫度，以二甲氨基甲醇和溴乙烷為原料，成功制備了絮凝率為 24.67% 的CPAM絮凝劑，同時(shí)發(fā)現(xiàn)提高陽離子度和CPAM的用量有利于提高絮凝劑的性能。以上研究雖然在提高CPAM的性能、優(yōu)化CPAM的制備工藝方面具有一定的參考價(jià)值，但如何獲得性能優(yōu)異和高穩(wěn)定性的CPAM仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

為推動(dòng)CPAM在紙張行業(yè)的廣泛應(yīng)用，本文采用水溶液聚合法，以N，N二甲基丙烯酰胺（N，Ndimethylacrylamide，DMAA）為酯化交聯(lián)劑，甲基丙烯磺 酸鈉（Sodium methylpropenesulfonate，SMAS）為鏈轉(zhuǎn)移劑，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（Dimethylaminoethylmethacrylate，DM）為陽離子單體，過硫酸銨（Ammonium persulfate，APS）為引發(fā)劑，合成CPAM分散液；探討不同用量的支化交聯(lián)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑、單體以及單體溶液pH 值對(duì)CPAM的性能的影響；在此基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用于廢紙漿抄紙中，探討其對(duì)紙張性能的影響規(guī)律。本文旨在合成出相對(duì)分子質(zhì)量與黏度性能優(yōu)異的CPAM，為其在廢紙漿成紙的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

主要材料：丙烯酰胺（AM和硫酸鋁購自寧波先安化工有限公司，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DM購自臨淄金茵化工有限公司，N，N-二甲基丙烯酰（DMAA）、甲基丙烯磺酸鈉和過硫酸銨（APS）均購自上海麥克林生化科技股份有限公司，乙二胺四乙酸二鈉、稀硫酸、亞硫酸鈉和依康酸（IA）均購自阿拉丁試劑（上海）有限公司，廢紙槳均取自海鹽的山鷹紙業(yè)車間漿池的濕漿。

儀器設(shè)備：黏度計(jì)（DV2TLVTJO，阿美特克商貿(mào)上海有限公司）；超高效液相色譜儀（UPLCH-Class，美國(guó)Waters公司）；電腦測(cè)控耐破度儀（DCP-NPY-1200，四川長(zhǎng)江造紙儀器有限責(zé)任公司）；電腦測(cè)控內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀（DCP-NJH1000，四川長(zhǎng)江造紙儀器有限責(zé)任公司）；抄片機(jī)（TSF1，德國(guó)Sumet-Messtechnik）；壓光機(jī)（S-CA5.250，德國(guó)Sumet-Messtechnik）;蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)器（BT10O-1F，保定蘭格恒流泵有限公司）；核磁共振色譜儀（BruckerAVANCE III-400MHz ，德國(guó)Brucker公司）。

1. 2 CPAM分散液的制備

將裝有 120mL 去離子水和 0.08g 的乙二胺四乙酸二鈉的玻璃反應(yīng)釜加熱，升溫至 83^°C ，攪拌，同時(shí)通入氮?dú)?；反?yīng)釜溫度穩(wěn)定在 90^°C 后，開始滴加引發(fā)劑溶液 （0.04gAPS 溶于 15mL 去離子水），控制滴加時(shí)間為 150min ;在引發(fā)劑溶液滴加 15min 后，開始滴加單體溶液（先加入 110.00g 的AM水溶液、 0.24g DMAA 和 0.25g SMAS，再加人8.00g的 30% 稀硫酸和 6.30gDM ，控制滴加時(shí)間為135min ；引發(fā)劑溶液和單體溶液同時(shí)滴加完畢后，每隔 30min 向反應(yīng)釜中加入溶液 _（0.10g APS溶于 5.00g 去離子水），重復(fù)操作2次；觀察反應(yīng)釜內(nèi)部情況，并在適當(dāng)時(shí)機(jī)加入終止劑溶液 （0.30g 亞硫酸鈉溶于 80mL 去離子水）終止反應(yīng)，以獲取CPAM分散液樣品。

1. 3 抄片實(shí)驗(yàn)

按照《紙和紙板定量的測(cè)定》（GB/T451.2—2002），設(shè)置紙張定量 80g/m² ，將廢紙漿料浸濕后打漿，計(jì)算好紙漿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.2% 時(shí)所需濕漿和水的質(zhì)量，將濕漿和水放入解離器，經(jīng)過解離器疏解后取出紙漿，分漿后在 40^°C 水中恒溫保存 ^2h 。正式抄紙前，先配制質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1% 的CPAM分散液，使其抄紙過程中處于攪拌狀態(tài)，添加順序依次為：在攪拌 1.0min 后加入硫酸鋁，攪拌 2.0min 后加人質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3% （相較于漿液）的CPAM分散液，攪拌 3.0min 后，加入白水使紙漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)稀釋至 1%，3.5min 停止攪拌，放入抄片機(jī)抄造。抄好的紙先放入壓片機(jī)中壓片 1.5min ，取出放入 105^°C 鼓式干燥器中烘干，烘干后放入恒溫恒濕室 18.0h .裁剪后備用。因?yàn)镃PAM的添加量會(huì)直接影響紙張的強(qiáng)度性能，所以通過調(diào)控CPAM添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（分別為 0.15% 、 0.3% 、 0.45% 、 0.6% 、0.75%.0.9%） 來討論并得出CPAM的最佳添加量。

1. 4 結(jié)構(gòu)與性能表征

1. 4.1 黏度測(cè)試

將CPAM分散液放人恒溫水浴鍋內(nèi)， 25°C 恒溫 4.0h ，使其均勻分散；取出后用黏度計(jì)測(cè)試分散體的黏度。

1.4.2 相對(duì)分子質(zhì)量分析

通過凝膠滲透色譜法可以測(cè)出聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量、相對(duì)分子質(zhì)量分布以及分子尺寸等。利用乙酸乙酸鈉溶液稀釋高黏聚合物CPAM分散液，然后放人超高效液相色譜儀測(cè)試進(jìn)行測(cè)試分析，具體方法參考文獻(xiàn)_9」。

1.4.3 化學(xué)結(jié)構(gòu)分析

用傅里葉變換紅外光譜儀掃描經(jīng)過烘干提純后的CPAM分散液，檢測(cè)范圍為 4000～600cm^-1 ，繪制出紅外特征光譜圖；利用有機(jī)劑 D₂O 溶解 10mg 的CPAM分散液，通過核磁共振波譜儀檢測(cè)1HNMR光譜，分析丙烯酰胺聚合物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。

1. 4. 4 耐破性能測(cè)試

按照《紙耐破度的測(cè)定》（GB/T454—2002），使用電腦測(cè)控耐破度儀測(cè)試紙張耐破值，測(cè)量位置需均勻地分散在紙張表面，每張紙樣測(cè)試10 次后取平均值。

1. 4.5 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度（IB）

按照《紙和紙板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定（Scott型）》（GB/T26203—2023），使用電腦測(cè)控內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀測(cè)試紙張內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，每張紙樣測(cè)試10次后取平均值

2 結(jié)果與討論

2. 1 CPAM的性能分析

2.1.1 CPAM分散液的結(jié)構(gòu)分析

CPAM分散液的紅外光譜圖如圖1所示。從圖1可知：在 3335cm^-1 和 3187cm^-1 處出現(xiàn)了兩個(gè)吸收較強(qiáng)的雙峰，均由丙烯酰胺分子中酰胺基（-CONH₂ ）中N—H的伸縮振動(dòng)引起的；2921cm^-1 處出現(xiàn)一個(gè)吸收峰，而 2853cm^-1 處則出現(xiàn)了一個(gè)肩峰，這兩個(gè)吸收峰是由AM分子中亞甲基中C—H的伸縮振動(dòng)引起的； 1645cm^-1 和 1600cm^-1 處存在明顯的吸收峰，這些峰分別與酰胺基（一 -CONH₂ ）中 C=O 的伸縮振動(dòng)和N—H彎曲振動(dòng)相對(duì)應(yīng)； 1115cm^-1 處為DM中C—N伸縮振動(dòng)，1183cm^-1 處的峰為酯基上的C—O特征吸收峰[10]。由以上結(jié)果可知，AM和陽離子單體DM的特征吸收峰皆出現(xiàn)在樣品的FT-IR光譜中。

CPAM的核磁共振波譜圖如圖2所示。從圖2可知，化學(xué)位移 4.80ppm 處對(duì)應(yīng)的是溶劑 D₂O 的峰，a處 （1.57ppm） 的峰為丙烯酰胺碳碳雙鍵打開后的吸收峰，b處 （2.11ppm） 的峰是AM中與酰胺基相連的亞甲基峰，f處 （1.10ppm） 的峰為DM鏈段上與碳碳雙鍵相連的甲基氫原子的吸收峰，c處（2.91ppm）的峰是DM上與氮相連的兩個(gè)甲基氫原子的吸收峰，化學(xué)位移d處（4.31ppm）、e處（204號(hào) （3.44ppm） 分別是DM中一O CH₂ 一、一 CH₂ —N—上氫的吸收峰[11]。IR和1HMNR分析結(jié)果一致，表明CPAM是由AM、DM合成所得的聚合物[12]

2.1. 2 CPAM分散液與纖維作用分析

圖3為添加與未添加CPAM分散液廢紙纖維作用后紙張的SEM圖像。圖3（a）表明：未加CPAM的紙張，纖維間結(jié)合松散，顯示出較弱的連接。圖3（b）清晰地顯示了CPAM附著于紙纖維之間。紙張的強(qiáng)度是由纖維間的吸引力和化學(xué)鍵作用所形成的，尤其是氫鍵，其強(qiáng)度遠(yuǎn)超于范德華力，能顯著提升纖維結(jié)合力[13]。纖維間產(chǎn)生結(jié)合松散與緊密區(qū)別的原因可能是CPAM中的酰胺基與纖維中的羥基形成了氫鍵，因此增加了纖維間的結(jié)合點(diǎn)，進(jìn)而增強(qiáng)了纖維與纖維間的作用力。

2.2反應(yīng)條件對(duì)CPAM分散液及紙張性能的影響

將CPAM分散液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為 0.3% ，研究交聯(lián)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑的用量以及單體用量和單體溶液的pH值對(duì)CPAM分散液黏度與相對(duì)分子質(zhì)量的調(diào)節(jié)作用。進(jìn)一步分析不同添加量的CPAM分散液對(duì)廢紙漿造紙性能的具體影響。通過綜合研究，優(yōu)化CPAM的聚合制備工藝參數(shù)，以達(dá)到最佳性能表現(xiàn)。

2.2.1 支化交聯(lián)劑用量

不同交聯(lián)劑用量下CPAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖4所示。從圖4（a）中可以看出：隨著交聯(lián)劑用量的增加，CPAM的黏度和相對(duì)分子質(zhì)量起初逐漸上升；但當(dāng)DMAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)超出 3.2% 時(shí)，兩者均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這表明，適量DMAA能有效提升CPAM分散液的交聯(lián)度和相對(duì)分子質(zhì)量；然而，過量交聯(lián)劑會(huì)導(dǎo)致分子鏈過長(zhǎng)，超出分散系統(tǒng)的承受能力，進(jìn)而影響CPAM的分散性，引發(fā)凝膠化現(xiàn)象[14]。從圖4（b）可知：當(dāng)交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3.2% 時(shí)，紙張的耐破值和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別達(dá)到1.75kPa?m²/g 和 107.7J/m² ，相較于對(duì)照樣品，耐破值提升了 12.3% ，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度則提高了 20.7% 。

2.2.2 鏈轉(zhuǎn)移劑用量

不同鏈轉(zhuǎn)移劑用量下CPAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖5所示。從圖5（a）中可以看出：隨著鏈轉(zhuǎn)移劑用量的增加，黏度逐步降低，而相對(duì)分子質(zhì)量則先上升后再下降。這一現(xiàn)象是因?yàn)镾MAS是一種帶有雙鍵的陰離子單體，具備優(yōu)異的還原性能，容易與自由基發(fā)生反應(yīng)，從而減少自由基數(shù)量，有效縮短聚合物鏈長(zhǎng)，初期能提高CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量。然而，過量添加會(huì)降低反應(yīng)體系的活性，導(dǎo)致相對(duì)分子質(zhì)量下降。此外，過量的鏈轉(zhuǎn)移劑還會(huì)促進(jìn)鏈終止反應(yīng)；紙張的耐破值和內(nèi)結(jié)合力都隨著鏈轉(zhuǎn)移劑用量的增加先增大后減小，當(dāng)鏈轉(zhuǎn)移劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.8% 時(shí)，達(dá)到最大值，分別為 1.98kPa?m²/g 和 132.7J/m² 。因此，適宜的鏈轉(zhuǎn)移劑用量可以確保合成的干強(qiáng)劑產(chǎn)品具有適當(dāng)?shù)南鄬?duì)分子質(zhì)量和出色的應(yīng)用效果。

2.2.3 引發(fā)劑用量

不同引發(fā)劑用量下CPAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖6所示。引發(fā)劑的活躍性和使用量在CPAM的聚合過程中起著至關(guān)重要的作用。如果引發(fā)劑的用量不足，就無法產(chǎn)生足夠數(shù)量的自由基來激發(fā)鏈引發(fā)反應(yīng)；反之，用量過大，則會(huì)導(dǎo)致體系中自由基質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，進(jìn)而縮短分子鏈，使聚合物分子量分布變寬[15]。圖6為引發(fā)劑的用量對(duì)CPAM分散液和紙張強(qiáng)度的影響。從圖6（a）可見：隨著引發(fā)劑用量的增加，CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量和黏度先增大后減小。當(dāng)引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.27% 時(shí)，聚合反應(yīng)可能難以正常進(jìn)行，或者反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，無法有效促進(jìn)自由基聚合；隨著引發(fā)劑用量逐漸增多，體系內(nèi)的活性中心數(shù)量也隨之增多，使得更多的單體得以反應(yīng)，分子鏈逐步擴(kuò)展，單體轉(zhuǎn)化率提升，CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量也隨之提高；然而，當(dāng)引發(fā)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 0.47% 時(shí)，可能導(dǎo)致自由基過度生成，引發(fā)聚合速度過快、溫度迅速上升以及鏈終止速度加快等問題，進(jìn)而使CPAM分散液分子鏈的長(zhǎng)度縮短，相對(duì)分子質(zhì)量和黏度均下降[16]。圖6（b）表明：當(dāng)引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.47% 時(shí)，紙張的耐破值和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了最大值，分別為 2.07kPa?m²/g 和為 118.1J/m² ，因此適當(dāng)?shù)囊l(fā)劑用量對(duì)于優(yōu)化聚合物產(chǎn)物的性能至關(guān)重要。

2.2.4 單體溶液 pH 值

本文選用DM為陽離子單體，需在酸性環(huán)境中進(jìn)行質(zhì)子化。過強(qiáng)酸性會(huì)減少羧酸根離子，堿性條件則導(dǎo)致DM酯基水解。因此，聚合反應(yīng)時(shí)pH值應(yīng)適中，不宜超過4。不同單體溶液pH值下CPAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖7所示。從圖7（a）可知，隨著單體溶液pH值增大，樣品的黏度和相對(duì)分子質(zhì)量都呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)，造成這一現(xiàn)象的原因是：在酸性條件下，大量的 H⁺ 聚合物或其單體中的酰胺基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致帶有正電荷的氮原子發(fā)生質(zhì)子化。這種質(zhì)子化使得自由基的活性隨著pH值的降低而增加，從而更容易與其他分子發(fā)生反應(yīng)，推動(dòng)了化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。從圖7（b）可以看出，當(dāng)單體溶液 pH 值為3時(shí)，紙張性能最佳狀態(tài)。這表明：聚合反應(yīng)在此 pH 值下得到了優(yōu)化，從而提高了紙張的強(qiáng)度性能。

2.2.5 單體用量

不同單體用量下CPAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖8所示。從圖8（a）可以看出，隨著單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量與黏度均先增大后減小。低單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，自由基數(shù)量少，聚合物的質(zhì)量小且流動(dòng)性好，因此黏度較低。隨著單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，單體間碰撞增多，促進(jìn)了聚合物分子鏈的增長(zhǎng)，導(dǎo)致黏度和相對(duì)分子質(zhì)量逐漸增大。然而，單體過量會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)體系溫度驟升，熱量難以及時(shí)散開，從而降低相對(duì)分子質(zhì)量并影響溶解性，甚至出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象[17]。圖8（b）進(jìn)一步表明，隨著單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量變大，增強(qiáng)了對(duì)廢紙漿的吸附力，提升了紙張的強(qiáng)度[18]。但當(dāng)單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 30% 后，紙張強(qiáng)度明顯下降。這是因?yàn)檫^多單體導(dǎo)致更多的自由基參與到反應(yīng)，加速了聚合分子鏈的形成和終止，進(jìn)而降低了CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量，削弱了CPAM與纖維的結(jié)合力。

2.2.6 氮?dú)庥昧?/p>

不同氮?dú)庥昧肯翪PAM分散液性能和紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖9所示。從圖9（a）可見，隨著氮?dú)饬康闹饾u增加，黏度和相對(duì)分子質(zhì)量均呈緩慢上升趨勢(shì)。這是因?yàn)檠鯕庠谧杂苫酆戏磻?yīng)中有強(qiáng)烈的抑制作用，與自由基反應(yīng)生成活性較低的過氧自由基，消耗自由基[19]。增加通氮?dú)饬靠商岣叱趼?，有效降低氧氣阻聚作用?/p>

2.2.7 CPAM分散液添加量

不同CPAM添加量下紙張強(qiáng)度的變化曲線如圖10所示。從圖10可以看出，隨著CPAM分散液的添加量增加，紙張強(qiáng)度性能呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)CPAM分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.6% 時(shí)，紙張的耐破性和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別達(dá)到峰值 2.14kPa?m²/g 和160.5J/m² ，相較于空白樣（耐破值 1.64kPa^?m²/g. 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度 100.6J/m²? 提升了 30.5% 和 59.5% 。CPAM帶有陽離子基團(tuán)，能與帶負(fù)電的小紙纖維和填料聚集，形成團(tuán)塊并沉積在纖維表面，從而顯著提高漿料的保留率[13]。然而，當(dāng)添加量超過 0.6% 時(shí)，由于陽離子間產(chǎn)生電荷互斥及增強(qiáng)相互作用力，使得CPAM分子更易聚集成大團(tuán)，從而減少對(duì)廢紙漿顆粒的吸附量，并最終降低紙張強(qiáng)度[20]。因此，合理控制CPAM分散液的添加量是優(yōu)化紙張強(qiáng)度性能的關(guān)鍵。

3結(jié)論

本文選用DMAA為支化交聯(lián)劑，SMAS為鏈轉(zhuǎn)移劑，APS作為引發(fā)劑，DM作為陽離子單體參與聚合。反應(yīng)過程中，通過亞硫酸鈉有效控制反應(yīng)進(jìn)程。通過水溶液聚合法，成功制備了具有良好黏度和相對(duì)分子質(zhì)量的CPAM分散液，并將其應(yīng)用于廢紙漿的紙張抄造過程，觀察CPAM分散液性能對(duì)紙張的強(qiáng)度的影響。得到主要研究結(jié)論如下：

a）鏈轉(zhuǎn)移劑、引發(fā)劑和單體用量等關(guān)鍵因素的變化對(duì)CPAM分散液的相對(duì)分子質(zhì)量和黏度產(chǎn)生顯著影響。經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，確定了最佳工藝配方：支化交聯(lián)劑用量為 3.2% 、鏈轉(zhuǎn)移劑用量為0.8% 、引發(fā)劑用量為 0.47% 、單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% 、單體溶液 pH 值為3。優(yōu)化后的CPAM分散液相對(duì)分子質(zhì)量為 6×10⁵～2.2×10⁶ 。

b）通過模擬濕部的紙張抄造過程，將優(yōu)化后的CPAM分散液應(yīng)用于廢紙漿中進(jìn)行紙張抄造。當(dāng)CPAM分散液的添加量為 0.6% 時(shí)，紙張的耐破值達(dá)到了 2.14kPa?m²/g ，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為 160.5J/m² ，相較于空白樣分別提升了 30.5% 和 59.5% 。

優(yōu)化后的CPAM分散液在紙張?jiān)鰪?qiáng)方面效果顯著，展示了其作為絮凝劑在造紙工業(yè)中的應(yīng)用潛力。本文研究也可以為紙張應(yīng)用的評(píng)價(jià)改進(jìn)和CPAM分散液的合成工藝的優(yōu)化提供參考。

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（責(zé)任編輯：張會(huì)?。?/p>