[发明专利]一种多臂支化阳离子聚合物造纸助留助滤剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多臂支化阳离子聚合物造纸湿部化学助剂，属于制浆造纸技术领域。

背景技术

造纸湿部助剂对抄纸过程及成纸质量有着重要影响。随着造纸湿部抄造体系由酸性向 中、碱性转变，以及增加填料用量及降低纸张定量、提高白水系统封闭循环程度、提高纸 机抄造车速、加大回收纤维的使用比例等变革的不断深入，对造纸湿部助剂的要求也在不 断提高。

造纸湿部助剂的作用效果不但与聚合物的分子量、电荷密度有关，也与聚合物分子的 结构关系密切。在使用过程中，聚合物的分子链形态对其作用效果有着很大影响。目前国 内外造纸湿部助剂的分子结构大多为线性结构。在使用过程中，聚合物分子在纸料组分表 面会发生吸附、重构和扩散作用，降低使用效果。在实际应用过程中，还存在线性聚合物 溶解比较困难的问题。多臂支化聚合物的分子链由于各臂之间的相互排斥作用会采取更为 伸展的构象，防止聚合物链在纤维表面呈平伏的构型，架桥絮聚能力强，有望表现出比线 性聚合物更好的作用效果。多臂支化聚合物的支化结构还可以阻止聚合物向纤维孔隙扩散， 防止电荷衰减。而且由于多臂支化聚合物的黏度与单臂的分子结构及相对分子质量关系更 大，因此其黏度低、溶解快、使用方便，是今后发展的方向。

随着对高分子结构与性能间关系的了解不断深入，越来越重视多臂支化聚合物的研究 开发。Shin等人在酸性条件下以甲苯为溶剂，使丙烯酸与季戊四醇反应制得季戊四醇三丙 烯酸甲酯(PETA)，然后以过硫酸铵为引发剂引发季戊四醇三丙烯酸甲酯与丙烯酰胺及三甲 胺基丙烯酸乙酯反应，合成了高度支化的阳离子聚丙烯酰胺(参见US5717046，1998-02-10， Retention aids for papermaking[P])。并考察了合成的高支化聚丙烯酰胺对细小纤维和填料的 留着性能(参见Shin J H，et al.Highly branched cationic polyelectrolytes：fines retention[J]. Tappi Journal，1997，80(10)：185-189)。结果表明，由高支化聚丙烯酰胺引发形成的絮聚体比 线性聚丙烯酰胺的抗剪切能力更强。高支化聚丙烯酰胺与球状的胶体硅配合组成微粒助留 体系表现出更好的细小组分留着效果；但与盘状膨润土配合的效果差于线性聚丙烯酰胺。 高支化聚丙烯酰胺与胶体硅配合使用形成的絮聚体尺寸较小且结构紧密，在纸页中分布均 匀，纸页成形的匀度好。郑宝庆等研究了星形阳离子聚丙烯酰胺的絮凝作用效果，发现由 于星形阳离子聚丙烯酰胺分子链结构更扩展，有利于架桥作用，其絮凝效果明显优于相应 的均聚物及线性共聚物(参见郑宝庆，钱锦文.星形阳离子型聚丙烯酰胺共聚物的制备、表 征及絮凝应用[J].浙江大学学报(理学版)，2007，34(4)：443-447)。Li等开发了一种基 于具有21臂的阳离子星形聚合物的新型双元絮聚体系。研究结果表明，21臂的阳离子星形 聚合物与高分子量、低电荷密度的阴离子聚合物组成的双元絮聚体系对瓷土具有非常好的 絮聚效果，且该双元体系还可以提高脂肪类组分的去除效率(参见Li J，Modak P R，Xiao H. Novel flocculation system based on 21-arm cationic star polymer[J].Colloids and Surface A： Physicochemical and Engineering Aspects，2006，289(1-3)：172-178)。

树枝状聚酰胺-胺(PAMAM)是最早合成出的树形大分子，其分子外围拥有大量高反 应活性的末端基，通过对末端基的改性可以得到多官能团引发剂，然后以此多官能团引发 剂为起始核心，引发单体聚合可以合成多臂支化聚合物。方申文等以叔胺化树枝状聚酰胺- 胺为核，通过光引发自由基聚合制备了具有不同支臂数的树核星形聚丙烯酰胺(参见方申 文，段明，蒋春勇，等.树核星形聚丙烯酰胺的制备及其稀溶液性质[J].石油化工，2009， 38(3)：278-283)。而在造纸工业中，由于带有负电荷的填料必须借助于具有一定阳离子电 荷密度的聚电解质才能留着于带负电荷的纤维上，因此多臂支化阳离子聚合物在制浆造纸 行业中用途更加广泛。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多臂支化阳离子聚合物造纸助留助滤剂的制备 方法及其应用。

术语说明：

Gn.0 PAMAM：整代树枝状聚酰胺-胺，n为PAMAM的代数。