本發(fā)明涉及造紙化學(xué)品技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種利用在醇類溶劑中酸催化液化竹材的液化產(chǎn)物為陽離子單體，改性陽離子聚丙烯酰胺做新型造紙過程助留助濾劑的合成工藝。

背景技術(shù)：

陽離子聚丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)是以丙烯酰胺單體為主要結(jié)構(gòu)單元，通過共聚反應(yīng)接入功能型陽離子單體。其分子量較高，分子于水溶液中呈立體網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)，具有極強(qiáng)的絮凝作用，加上改性接入的陽離子基團(tuán)可以有效吸附漿料中的表面帶負(fù)電荷的細(xì)小纖維，以“電荷吸附”和“架橋交聯(lián)”的方式將原本游離于漿料中阻塞濾水通道的細(xì)小組分吸附在長纖維上，既提高了漿料的留著率和濾水性能，也改善了紙張的平整度和強(qiáng)度(陳夫山等，聚丙烯酰胺的合成及其在造紙中的應(yīng)用，湖南造紙，2015.2 36-38；李旺等，交聯(lián)型陽離子聚丙烯酰胺乳液的合成與應(yīng)用，中國造紙，2014.6 13-18)。但現(xiàn)有的聚丙烯酰胺類助留助濾劑的制備原料均來自于石油化工產(chǎn)品，依然存在著生產(chǎn)過程中的三廢排放污染問題，使用過程中對環(huán)境和人體是否造成傷害問題以及使用后產(chǎn)品能否自然降解問題。因此如何實現(xiàn)造紙行業(yè)真正的綠色無害化，從原來來源，生產(chǎn)過程到產(chǎn)品的循環(huán)使用直至最終產(chǎn)品嚴(yán)格意義上的完全生物可降解是造紙化學(xué)品行業(yè)未來發(fā)展的方向。

我國竹類資源最豐富，竹林面積達(dá)420萬公頃，占世界種植面積的四分之一。竹材纖維素含量高，強(qiáng)度好。目前竹材主要用途為竹器加工以及制漿造紙，產(chǎn)品附加值低。竹材的主要成分為纖維素，半纖維素，木素和竹簧素等天然有機(jī)高分子化合物，含有大量的羥基、碳碳雙鍵、羰基，酯基等活性基團(tuán)。然而天然竹材是一種本身難熔難溶的固體材料，表面化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，活性基團(tuán)暴露少，直接改性難度大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑及其制備方法。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出了一種陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，所述的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑以在醇類溶劑中酸催化液化竹材的液化產(chǎn)物為陽離子單體，改性陽離子聚丙烯酰胺制備得到。

本發(fā)明進(jìn)一步提出了上述陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)原料的準(zhǔn)備：竹材原料粉碎后過篩；

(2)常壓液化：將竹材粉末與強(qiáng)酸和醇類溶劑混合進(jìn)行酸催化液化反應(yīng)，過濾殘渣后得陽離子單體溶液；

(3)助留助濾劑的合成：以聚丙烯酰胺為單體，在硫酸鹽引發(fā)劑和N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑的作用下，加入接入步驟(2)制備的陽離子單體溶液進(jìn)行自發(fā)熱反應(yīng)，冷卻后得到助留助濾劑。

優(yōu)選地，步驟(1)中，所述的竹材原料粉碎后取40-60目組分備用。

步驟(2)中，所述的竹材粉末、強(qiáng)酸和醇類溶劑的重量比為100：10～40：500～700。

步驟(2)中，所述強(qiáng)酸為高氯酸、氫碘酸、氫溴酸、濃硫酸、甲烷磺酸、2，4，6-三硝基苯酚、2，4，6-三硝基苯甲酸、三氟乙酸、三氯乙酸、苯磺酸、KMD酸(環(huán)乙硫醇磺酸)、乙二酸中的任意一種或幾種的混合物；所述醇類溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、1-丙醇、2-丙醇、丙二醇和丙三醇中的任意一種或幾種的混合物。

步驟(2)中，所述的酸催化液化反應(yīng)的條件為溫度110～200℃下反應(yīng)30-120min。

步驟(3)中，所述的丙烯酰胺、陽離子單體溶液、過硫酸鹽引發(fā)劑、N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑的重量比為500：50-100：1：5-10，反應(yīng)過程中調(diào)節(jié)pH為7.5-10，自發(fā)熱反應(yīng)30-120min。

步驟(3)中，所述過硫酸鹽引發(fā)劑為過硫酸鉀或過硫酸銨。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明提出了上述陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑在造紙技術(shù)中用于細(xì)小物質(zhì)的留著中的應(yīng)用。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明通過在醇類溶劑中使用不同用量種類的強(qiáng)酸催化液化竹材，將原本穩(wěn)定的固態(tài)大分子有目的的降解為一系列不同分子量的富有多重活性反應(yīng)基團(tuán)的陽離子液相小分子，再根據(jù)紙產(chǎn)品的需求將分子量適度的液化產(chǎn)物作為陽離子單體接枝共聚到聚丙烯酰胺大分子中，作為造紙過程中的助留助濾劑。因為陽離子單體原來來源為天然可降解的竹材，陽離子單體的制備過程只有降解沒有新的聚合，使得最終的改性陽離子；

(2)與常規(guī)聚丙烯酰胺助留助濾劑相比，以竹材液化產(chǎn)物為陽離子單體的改性聚丙烯酰胺可以有效提高紙漿的留著率，同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣質(zhì)量為57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量最高可達(dá)59.40g；

(3)與常規(guī)聚丙烯酰胺助留助濾劑相比，以竹材液化產(chǎn)物為陽離子單體的改性聚丙烯酰胺可以有效提高紙漿的濾水性能，同樣濃度的漿料，空白樣的游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為350ml；

(4)加入改性聚丙烯酰胺后紙張的各項物理強(qiáng)度均有提高。同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.815km。

具體實施方式

下面通過具體的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。

其中，助留效果的評價方法為：配置相同濃度的紙漿，通過比較空白樣與添加助劑樣品的定量來衡量助留助濾劑的助留效果，紙張定量的測定標(biāo)準(zhǔn)為GBT451.2-2002.

助濾效果的評價方法為:配置相同濃度的紙漿，通過比較空白樣與添加助劑樣品的游離度來衡量助留助濾劑的助濾效果，漿料游離度的測定標(biāo)準(zhǔn)為GB12660-2008-T。

實施例1：

一種用于造紙工藝中的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，其通過如下方法制備：

(1)新鮮毛竹竹材原料粉碎后過篩，取40-60目組分；

(2)常壓液化；取100份竹材粉末、20份濃硫酸和500份乙醇，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間60min，過濾后得陽離子單體溶液，得率95.5％；

(3)陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的合成：500份丙烯酰胺，100份竹材液化產(chǎn)物，1份過硫酸鉀引發(fā)劑，5份N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，氨水調(diào)節(jié)pH值為8，自發(fā)熱反應(yīng)120min，冷卻后出料得成品。

助留效果評價：空白紙樣質(zhì)量57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量57.93g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量58.5g。

助濾效果評價：空白漿樣游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為315ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為330ml。

斷裂強(qiáng)度評價：同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長達(dá)4.623km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.815km。

實施例2

一種用于造紙工藝中的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，其通過如下方法制備：

(1)新鮮毛竹竹材原料粉碎后過篩，取40-60目組分；

(2)常壓液化；取100份竹材粉末，20份甲烷磺酸和500份乙二醇，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間60min，過濾后得陽離子單體溶液，得率98.5％；

(3)陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的合成：500份丙烯酰胺、100份竹材液化產(chǎn)物、1份過硫酸銨引發(fā)劑、8份N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，氨水調(diào)節(jié)pH值為8，自發(fā)熱反應(yīng)100min，冷卻后出料得成品。

助留效果評價：空白紙樣質(zhì)量57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.1g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.30g。

助濾效果評價：空白漿樣游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為318ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為342ml。

斷裂強(qiáng)度評價：同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長達(dá)4.687km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.802km。

實施例3

一種用于造紙工藝中的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，其通過如下方法制備：

(1)新鮮毛竹竹材原料粉碎后過篩，取40-60目組分；

(2)常壓液化；取100份竹材粉末、30份環(huán)乙硫醇磺酸、400份乙二醇和200份乙醇，反應(yīng)溫度160℃，反應(yīng)時間90min，過濾后得陽離子單體溶液，得率98.3％；

(3)陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的合成：500份丙烯酰胺、90份竹材液化產(chǎn)物、1份過硫酸銨引發(fā)劑、9份N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，氨水調(diào)節(jié)pH值為8，自發(fā)熱反應(yīng)90min，冷卻后出料得成品。

助留效果評價：空白紙樣質(zhì)量57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量58.7g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.10g。

助濾效果評價：空白漿樣游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為310ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為350ml。

斷裂強(qiáng)度評價：同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長達(dá)4.623km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.856km。

實施例4

一種用于造紙工藝中的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，其通過如下方法制備：

(1)新鮮毛竹竹材原料粉碎后過篩，取40-60目組分；

(2)常壓液化；取100份竹材粉末、40份甲烷磺酸、300份1-丙醇和300份2-丙醇，反應(yīng)溫度180℃，反應(yīng)時間100min，過濾后得陽離子單體溶液，得率98.5％；

(3)陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的合成：500份丙烯酰胺、80份竹材液化產(chǎn)物、1份過硫酸銨引發(fā)劑、10份N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，氨水調(diào)節(jié)pH值為8，自發(fā)熱反應(yīng)100min，冷卻后出料得成品。

助留效果評價：空白紙樣質(zhì)量57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.1g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.40g。

助濾效果評價：空白漿樣游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為325ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為345ml。

斷裂強(qiáng)度評價：同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長達(dá)4.664km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.872km。

實施例5

一種用于造紙工藝中的陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑，其通過如下方法制備：

(1)新鮮毛竹竹材原料粉碎后過篩，取40-60目組分；

(2)常壓液化；取100份竹材粉末、40份環(huán)三氟乙酸、400份乙二醇和200份乙醇，反應(yīng)溫度160℃，反應(yīng)時間90min，過濾后得陽離子單體溶液，得率98.3％；

(3)陽離子聚丙烯酰胺助留助濾劑的合成：500份丙烯酰胺、90份竹材液化產(chǎn)物、1份過硫酸銨引發(fā)劑、9份N-N’亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)劑，氨水調(diào)節(jié)pH值為8，自發(fā)熱反應(yīng)90min，冷卻后出料得成品。

助留效果評價：空白紙樣質(zhì)量57.17g，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張質(zhì)量為57.50g，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量58.2g，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺紙樣質(zhì)量59.05g。

助濾效果評價：空白漿樣游離度為300ml，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后漿料游離度為310ml，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為312ml，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺漿樣游離度為348ml。

斷裂強(qiáng)度評價：同樣濃度的漿料，抄成紙片后，空白樣的裂斷長為4.386km，加入1％常規(guī)聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長最高為4.416km，加入0.5％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長達(dá)4.523km，加入1％陽離子改性聚丙烯酰胺產(chǎn)品后紙張的裂斷長可達(dá)4.801km。