造纸封闭循环体系中溶解与胶体物质的聚集形态及其可控机制研究

现代化纸机普遍采用白水封闭循环技术，体系中溶解与胶体物质(DCS)的含量越来越高，产生的沉积问题给造纸工业带来巨大损失。本项目针对封闭循环的抄造体系，重点考察电导率和水质硬度、多种固着剂(聚合氯化铝、聚胺、高阳离子度淀粉、聚乙烯胺、以及一种结构特殊的嵌段共聚物)、不同电荷特性的助留体系(阳离子、阴离子、非离子)对DCS聚集形态及聚集过程中其化学成分再分配的影响，采用显微图像分析仪、激光粒度仪、SEM、AFM等考察DCS在浆料液相、细小组分、长纤维、模拟的设备表面的聚集形态，采用显微红外光谱、GC/MASS、PY-GC/MASS、AAS等跟踪DCS聚集过程中其化学成分的再分配过程，揭示助剂分子结构和"胶体固着/留着"、"聚集截留"、"脱附再聚集"等机理的内在联系。由此可对DCS的聚集形态及其可控特性有深刻的理解，丰富和发展DCS沉积控制理论，从而有力地促进造纸工业清洁化生产的科学技术水平。

本项目合成了(P(AM-b-DADMAC)嵌段共聚物、聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、改性高取代度阳离子淀粉等多种固着剂，考察它们聚集废纸浆或高得率浆中溶解与胶体物质(DCS)的效果和机理，在采用聚焦光反射测量仪(FBRM)、激光粒度仪(LPS)、扫描电子显微镜(SEM)等技术，在有效区分“胶体固着”与“胶体聚集”两种机理方面获得了较大的成功。.采用可逆加成裂解链转移活性自由基聚合(RAFT)技术，合成了P(AM-b-DADMAC)固着剂，采用红外光谱、核磁共振、尺寸排阻色谱(SEC)、热失重分析(TGA)、差示扫描量热法(DSC)等手段对聚合物的结构进行了鉴定。采用FBRM、SEM等方法对P(AM-b-DADMAC)聚集纸浆中DCS的性能进行了考察，结果证实了该嵌段共聚物主要以“胶体固着”的机理进行作用，即胶体粒子以接近理想的单个的状态被固着在纸浆纤维上。.采用缩聚法合成了多种不同分子量的PA固着剂。采用FBRM、LS、SEM等技术检测它们聚集废纸浆DCS的效果和机理。结果表明：在相同的用量条件下，分子量越大的PA减少胶体粒子数量的效果越好，但分子量大的PA倾向于“胶体凝聚”机理作用，即胶体粒子自身凝聚变大，相反，分子量小的PA更接近于以理想的“胶体固着”机理加以作用。对于同一种PA，当其用量较小时，更多地以“胶体固着”的机理作用，用量增加后“胶体凝聚”的作用增大。.采用自由基聚合法合成了多种PDADMAC固着剂并考察了其作用效果，结果表明：分子量相同而电荷密度不同的情况下，电荷密度越高的PDADMAC越容易和浆料中的DCS作用；电荷密度相同而分子量不同的情况下，分子量越大的PDADMAC越容易与浆料中的胶体物质(CS)作用，而分子量越小的PDADMAC越容易与溶解物质(DS)作用。.项目还采用酸、酶、氧化等降解方法对淀粉进行处理，并将降解产物高度阳离子化制得多种SBF固着剂，发现SBF均比PA容易吸附于纤维。相对而言, PA更容易中和DS，SBF更容易凝聚CS。SBF的阳离子取代度低至0.22即具有上述良好性能，同时SBF对纸张还具有良好的增强作用。.本项目的主要成果是合成了多种高效的固着剂，并找到了合适的方法区分它们的“胶体固着”和“胶体凝聚”机理，可为造纸企业优选固着剂提供了强有力的技术和理论指导。