RAFT法合成树核星形聚合物及其在造纸中的应用

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sinbala
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随着纤维资源日趋匮乏,白水系统中阴离子垃圾不断富集等问题的出现,造纸工作者越来越注重多功能湿部造纸助剂的开发。树核星形聚合物具有分子间交互作用小、溶液粘度低、分子表面有较高官能度等结构特点,是一种良好的湿部造纸助剂。目前,其合成方法主要有可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)、原子转移自由基聚合(ATRP)及氮氧调控自由基聚合(NMP)。论文采用先核后臂法,通过RAFT聚合方法合成了树核星形阳离子聚丙烯酰胺,并研究了其对杨木BCTMP的增强作用及对阴离子垃圾的控制作用。首先,依次用三羟基氨基甲烷(TRIS)、氯乙酰氯(CAC)和二硫代苯甲酸(DTBA)对半代树枝状聚酰胺-胺端基进行修饰,得到了一种含有12个二硫代苯甲酸末端基官能团的可逆加成-断裂链转移试剂PAMAM-DTBA。然后,以PAMAM-DTBA为链转移剂,AIBN为引发剂,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)与丙烯酰胺(AM)为单体,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃中进行RAFT聚合,合成了树核星形阳离子聚丙烯酰胺(DS-CPAM)。研究了合成工艺条件对聚合物性能如特性粘度、阳电荷密度及Zeta电位等的影响。采用傅里叶红外光谱、核磁共振波谱等对产物进行了分析和表征。结果表明,当链转移剂、引发剂及单体的摩尔比为1:2.4:2400,反应温度为60℃,DMC占总单体的75%(摩尔比),反应时间为27h时,合成的DS-CPAM的性能最好。DS-CPAM主要以氢键或分子间作用力增强纤维间的结合,提高杨木BCTMP的强度性能。研究结果表明,在浆料体系的pH为7.6条件下,加入0.5%(相对绝干浆)的DS-CPAM,作用时间为5min,搅拌速度200rpm时,DS-CPAM的增强效果最好。DS-CPAM的本身性质对其增强作用有很大的影响。特性粘度为122.76mL/g、阳电荷密度为3.379meq/g的DS-CPAM对杨木BCTMP的增强效果最好。XRD分析表明,DS-CPAM作为造纸增强剂对纤维的结晶度没有影响,有利于纤维的二次回用。采用环境扫描电镜(SEM)观察加入DS-CPAM前后纤维间的结合情况发现,加入DS-CPAM后纤维表面的结合点明显增多且有交联网络膜覆盖,纤维间的结合更紧密。DS-CPAM能够与浆水体系中的阴离子垃圾形成絮聚复合体,通过电荷中和/补丁机理将阴离子垃圾物质固着在纤维上,随纸页带出白水系统,实现对阴离子垃圾的控制。研究结果表明:加入0.7%的阳电荷密度为4.37meq/g、特性粘度为116.47mL/g的DS-CPAM,对阴离子垃圾的捕捉效果最好。光学显微镜分析表明,加入DS-CPAM后,纤维表面吸附有大量的细小纤维和阴离子垃圾物质。环境扫描电镜(SEM)观察加入DS-CPAM前后纤维表面情况发现,加入DS-CPAM后有大量的颗粒状物质固着到纤维表面,DS-CPAM对阴离子垃圾有很好的捕捉效果。
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