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      技術知識

      陰離子聚丙烯酰胺作造紙分散劑的若干影響因素

      時間:2019-12-05 09:01:53來源:波濤凈水

      陰離子聚丙烯酰胺作造紙分散劑的若干影響因素,涉及到分散劑本身,也涉及到使用時的具體環境條件等,從而回答了粉狀陰離子聚丙烯酰胺分散劑從溶解到使用乃至存放當中的一些問題。

      傳統認為,分散劑分散纖維的機理是膠體附著在纖維表面,可以減少摩擦,助于纖維的滑動分散,現代理論則進一步從流體力學的角度給以解釋,認為長鏈高分子聚合物的加入改變了纖維懸浮液的流變特性,使其具有較低的雷諾數,即流動狀態較為有序,亦即纖維隨流體流動的能力增強,從而減少了纖維的相對運動,也就減少了纖維間相互碰撞而產生的絮聚。

      陰離子聚丙烯酰胺是目前普遍使用和較為有效的一種纖維分散劑,它是一種線性有機高聚物,其水溶液呈膠體狀,有一定的粘度。

      多年的應用與實踐使筆者認識到分散液的粘度是影響分散的重要因素,一般說來,粘度越高分散效果越好。因而在文中多次用粘度數據進行不同產品的比較,文中所用的粘度值是指用涂4#杯測定時的秒數。眾所周知,任何物質的粘度都會隨溫度的變化而變化。文中的粘度值雖不都是在標準狀態下測定的,但每一組對比值均是在同一環境溫度下測定的,故不失其說明問題的作用。

      1、分子量的影響

      80年代初的資料認為纖維分散劑應選用低分子量產品,但后來的資料和我們的實踐均證明高分子量產品好。這里好,是指達到同樣好的分散程度,成本較低。因為同一系列的產品高分子量產品比低分子量產品價格略高,而性能好得多。情況見表1、表2和表3。

      表1不同分子量產品*的粘度及分散效果

      項目/分子量 300萬 600萬
      濃度g/l 0.25 14.0s 15.0s
      0.05 13.1s 14.1s
      分散效果 較好 很好

      *產品均為撫順化工六廠生產。

      表1說明高分量比低分子量產品粘度高,分散效果好。

      表2同濃度*下不同分子量產品粘度對比

      產地及廠家/分子量 分子量(萬) 粘度(s)
      撫順化工六廠 300 14.4
      法國SNF公司 1800 32.0

      *濃度均為0.25g/l。

      從表2可見,在相同濃度下分子量高的產品其粘度也相應高。

      表3同粘度*下不同分子量產品濃度對比

      產地及廠家/分子量 分子量(萬) 濃度(g/l)
      撫順化工六廠 300 0.05
      法國SNF公司 1800 0.0125

      *粘度均為13s。

      表3說明達到相同的粘度(13s)時,高分子量產品較低分子量產品可大大降低濃度,即減少用量節約費用。

      2、水解度的影響

      有資料報導,在一定的水解度范圍內高水解度產品的粘度較高。我們曾對SNF公司不同水解度的產品進行過對比,見表4。

      表4相同分子量*不同水解度產品粘度對比

      濃度(g/l)/水解度(%)/牌號

      AN-926 AN-956
      20 50
      0.20 22.2s 39.4s
      0.05 13.4s 13.6s

      *分子量均為1800萬。

      從表4可見水解度高的產品粘度高。

      3、水質影響

      3.1 水澄清度的影響

      1993年我們在向靜??h王口鄉紙廠轉讓技術中發現分散劑用量相同效果不同,經査是水的澄清度不同所致,見表5。

      表5水樣的澄清狀況對粘度及分散效果的影響

      項目/水樣 王口鄉井水 天津自來水
      水澄清狀況
      分散液粘度(g/l) 0.8 12.5s 13.9
      0.4 11.8s 13.5
      分散效果

      從表5可見混濁水樣影響了分散劑發揮作用。分析認為是其中一部分起了絮凝作用因而影響了其效果。

      3.2 pH值的影響

      酸性水溶液對玻璃纖維具有很好的分散作用;陰離子聚丙烯酰胺水溶液對合成纖維有很好的分散作用??墒钱斘覀儼褍煞N分散很好的漿液混合時,嚴重的絮聚現象發生了。這說明pH值對分散劑的作用有很大的影響。

      3.3 金屬離子的影響

      資料介紹高價金屬離子如鐵離子、鋁離子是聚丙烯酰胺化學降解的催化劑。這些離子的混入當然會影響其分散作用,可見采用松香膠施膠的系統不易采用此分散劑,溶解和貯存設備也應當避免金屬離子帶入。

      4、存放時間的影響

      我們曾對使用的粉狀陰離子聚丙烯酰胺進行了存放試驗,結果如表6所示。

      表6存放*對分散液粘度的影響

      存放期(年)/濃度(g/l) 4 2 0.4 0.1
      0 53.8 29.8 14.8 13.1
      2 24.3 17.8 13.8 12.8

      *指溶解前以粉狀存放。

      表6說明粉狀產品存放時間較長會發生降解,而使其水溶液粘度下降。

      當分散劑溶解于水中形成分散液再進行存放,則發現其降解更快,情況見表7。

      表7不同分散液存放70小時粘度變化情況

      編號/項目 分子量(萬) 濃度(g/l) 存放前粘度(秒) 存放后粘度(秒)
      1# 300 0.5 16.4 16.2
      2# 1800 0.1 19.5 16.3

      表7說明存放時間對液體分散劑影響更大,僅三天就發生降解,特別是高分子量產品降解嚴重。

      5、溶解問題

      通常高溫、快速攪拌是促進溶解的有效方法,但對有機高聚物而言,過高的溫度和過大的剪切力則會使其斷鏈降解,性能下降。正確的溶解方法是常溫水,中速攪拌,緩慢加料。加料速度過快易形成“魚眼珠”,即外軟內硬不利于擴散溶解。應該強調的是需要先加水后加料。下面表8的實驗很能說明問題。

      表8 不同溶解方法用時對比

      試驗號/項目 溶解方法 溶解時間(min)
      1 先加料后加水 >70
      2 先加水后加水 <30

      通常分子量高較難溶解,溶解之后粘度也較大。但對于不同廠家和牌號的產品并非一定如此,表9就能說明這個問題。

      表9不同產品的溶解*時間與粘度

      產品產地/項目 溶解時間(min) 粘度(s)
      日本 150 18.5
      美國 180 17.1

      表9說明難溶的未必溶后粘度一定高。

      6、剪切對分散液粘度的影響

      對于已溶解好的分散劑液體同樣應回避過分剪切。為了說明問題曾用高速組織搗碎機進行過一組試驗,見表10。

      表10不同分子量產品耐剪性對比

      分子量(萬)/剪切時間(S) 0 30 60
      300 28.9 27.8 27.3
      1800 29.9 12.5 11.3

      表10說明剪切確實可以降低分散液的粘度。分子量高的產品降解更快。這是因為高分子量產品粘度的由來是靠聚合度高即鏈長提供的;低分子量產品則主要靠物質的量來提供。這提示我們,在所采用的分散劑分子量不斷提高的情況下,一定要選擇適宜的溶解工藝與設備,如采用專門的溶解機,以更好地發揮高分子量產品的優越性。

      7、可稀釋性

      表11列出了法國SNF公司兩種產品的稀釋情況對比。

      表11不同品牌產品可稀釋性比較

      濃度(g/l)/產品牌號 FP-36S AN-926
      0.25 27.3 29.80
      0.20 21.77 22.17
      0.10 17.18 17.73
      0.07 16.23 15.23
      0.05 14.69 13.40

      表11說明未必起點粘度高的產品終點粘度一定高,也就是說不同牌號的產品其可稀釋性是不同的。這就提示我們不但要考慮產品的單價還要考慮可稀釋性,這樣才能選擇出既經濟又有效的產品。

      通常分散劑的粘度越大其分散效果越好。上邊也多以粘度對比說明了問題,這足以說明粘度對分散效果的重要性。但是不能據此就認為粘度是衡量分散劑的單一尺度。

      聚丙烯酰胺是一大類物質的總稱,其產品規格很多,某些粘度大的產品未必適宜作分散劑,在對不同廠家的產品進行比較時尤其應該注意這一點,請參看表12。

      表12不同廠家產品粘度及分散效果

      編號/項目 生產廠 粘度(s) 分散效果
      1# 撫順化工六廠 13
      2# 中南化工廠 15 較差

      對表12的結果筆者分析認為當纖維種類、漿濃度一定時,加入了分散劑的系統中,其分散效果除與粘度有關外,還與電性、電位、液體密度及纖維受力情況等有關。在諸多因素聯合起作用的同一體系中,某個一般情況下的主要因素完全有可能下降為次要因素,而出現所謂的異常情況。

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