[发明专利]一种阳离子树核星形聚合物造纸助剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子树核星形聚合物造纸助剂的制备方法，属于造纸化学品与湿部化学技术领域。

背景技术

随着造纸工业原料结构的调整、纸机车速的提高以及纸机白水系统封闭循环程度的提高，造纸湿部抄造体系变得越来越复杂。为了加强纸料滤水提高纸机车速、增加细小纤维和填料等的留着减少资源浪费、改善成纸匀度提高纸页性能、降低系统中阴离子垃圾含量提高白水封闭循环程度且稳定纸机运行，就需要开发高效多功能的造纸化学助剂。但是，传统的线性结构聚合物分子在使用过程中会在纸料组分表面发生吸附、重构和扩散等作用，降低使用效果。因此，改善传统线性或支化聚合物造纸助剂的性能、开发新型高度支化结构的合成聚合物成为造纸行业追求的目标。Li等开发了一种基于21支化臂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 systembased on 21-arm cationic star polymer[J].Colloids and Surface A：Physicochemical andEngineering Aspects，2006，289(1-3)：172-178。而近些年来新开发的树核星形聚合物为造纸工业提供了新的选择。树核星形聚合物是指多条线形均聚或共聚物链连接到树枝状核心分子形成的聚合物。其结合了树枝状大分子和星形聚合物的某些性质，其分子内部具有空腔，外围分子链呈星形支化。内部空腔可有效络合容纳溶解的阴离子物质；外围星形支化的结构可使其分子链在湿部抄造体系中采取更为伸展的构象，有望成为高效多功能的造纸化学助剂。

通常，树核星形聚合物的合成可采用以树枝状多官能团引发剂为中心核，引发单体聚合形成结构确定大分子的“先核后臂”法(Core first)和将预先合成好的线形聚合物与树枝状核多官能团偶联剂偶合的“先臂后核”法(Arm first)。两种途径均可以合成具有可控结构(支化臂数、臂长、序列结构)的树核星形聚合物。目前主要采用活性/可控聚合技术如活性阴离子聚合、活性开环聚合和活性自由基聚合(可逆加成-断裂链转移自由基聚合和原子转移自由基聚合)合成树核星形聚合物。原子转移自由基聚合(ATRP)适用单体范围较广，聚合条件温和，分子设计能力强，可制备各种拓扑结构的聚合物(如嵌段、接枝、梯度、星形、梳形、高支化、交联等聚合物)，是一种具有重要应用价值的活性聚合技术，是由Wang J.S.等于1995年提出的一种新型的活性/可控聚合方法，参见Wang J.S.，Matyjaszewski K.Controlled/“living”radical polymerization.Atom transfer radicalpolymerization in the presence ot transition-metal complexes[J].Journal of the AmericanChemical society，1995，117(20)：5614-5615)。其以简单的有机卤化物为引发剂，以过渡金属配合物为卤原子载体，通过氧化还原反应，在活性种与休眠种之间建立可逆的动态平衡，实现对聚合反应的控制。可用于合成具有精确结构和窄分子量分布的聚合物。采用ATRP法合成树核星形聚合物是活性/可控聚合技术在结构规整聚合物合成中的成功应用。

树枝状聚酰胺-胺(PAMAM)是目前已经商品化的树枝状大分子，其分子结构高度支化，表面具有很高的官能团密度。其中，末端基为胺基的树枝状聚酰胺-胺称为整代产品(Gn.0PAMAM)；酯基在外表面的称为半代产品(Gn.5PAMAM)。在其分子末端引入反应性或功能性基团，以其为多官能团支化核心可以制得可控结构的树核星形聚合物。胡晖等对合成的系列树枝状聚酰胺-胺大分子进行端基的羟基化和氯乙酰化两步修饰，使其最外层接上烷基氯。然后以该修饰产物为引发剂，通过原子转移自由基引发甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯(DMAEMA)聚合得到树枝状PAMAM高分子衍生物，参见胡晖，曹中林，范晓东等，温度及pH敏感的树枝状高分子衍生物合成及药物控制释放研究[J].高分子学报，2006，4：574-580。以树枝状聚酰胺-胺为起始核心的树核星形聚合物作为一种具有新颖结构、形态和功能的高分子具有广阔的发展和应用前景。

发明内容