[发明专利]一种树核星形阴离子垃圾捕捉剂及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种树核星形聚合物阴离子垃圾捕捉剂，属于制浆造纸行业湿部化学品技术领域。

背景技术

随着造纸工业原料结构的调整(如废纸浆、高得率浆的大量使用)、纸机白水系统封闭循环程度的提高、以及各种造纸化学品的使用，纸机湿部抄造体系中的干扰性阴离子杂质(阴离子垃圾)的聚集程度和浓度越来越高。它们会与阳离子化学助剂(如干湿强剂、助留助滤剂等)作用，降低它们的作用效果；或形成附聚物沉积在造纸网、毛布、真空辊、吸水箱、烘缸等处，降低纸机运转性能；或者吸附于纤维、细小纤维上，减少纤维间的氢键结合，影响成纸的强度性能。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，提高白水封闭循环程度且稳定纸机运行，就需要使用高效的阴离子垃圾捕捉剂(anionic trash catcher)，消除或预防阴离子垃圾对纸机湿部抄造体系的危害。

目前国内外采用的阴离子垃圾捕捉剂一般为高阳电荷密度、低分子量的线性或支化聚合物，如聚胺、聚乙烯亚胺及其改性物、聚二烯丙基二甲基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺、高取代度的阳离子淀粉等。它们可中和纸料中溶解的阴离子物质，或以凝结机理使胶体阴离子杂质被固定在纸浆纤维或填料上，随纸页带出抄纸系统，达到清洁系统的目的。

但是，聚合物的分子链形态对其作用效果有着很大影响。在使用过程中，线性结构的聚合物分子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。尤其在白水封闭循环程度高的系统中，不断积累的水溶性无机盐将导致系统电导率上升，线性结构的聚合物分子链在高电导率条件下会收缩和卷曲，对带负电荷物质的作用能力降低。而星形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，架桥絮聚能力强，具有比线性聚合物更好的作用效果。Li等的研究表明，具有21个支化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.Novelflocculation system based on 21-arm cationic star polymer[J].Colloids and Surface A：Physicochemical and Engineering Aspects，2006，289(1-3)：172-178。

随着高分子科学的发展，特别是对高分子结构与性能间关系的不断了解，各个领域对高度支化聚合物的研究和开发越来越重视。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。由多条线性支链以化学键连接到树枝状大分子外围而形成的树核星形聚合物以其独特的结构与性能引起了人们的普遍关注。树核星形聚合物的合成可以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性聚合物与树枝状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。而原子转移自由基聚合(ATRP)以其合成聚合物的分子结构及平均分子量可以控制、各个支化臂链长均一等特点，成为极具发展前景的树核星形聚合物合成方法。刘虎等以溴乙酰溴对第4.0代聚丙烯亚胺树枝状大分子进行改性，成功地合成了树枝状大分子引发剂DAB-32-Br，然后以DAB-32-Br/CuBr/Bpy为催化引发体系，分别在水和水/乙醇介质中实现了N-异丙基丙烯酰胺的原子转移自由基聚合，参见刘虎，朱严瑾，易昌凤，等.树枝状大分子/聚(N-异丙基丙烯酰胺)纳米粒子的制备[J].过程工程学报，2008，8(6)：1245-1248。

树枝状聚酰胺-胺(PAMAM)是目前研究最多的树枝状大分子。其分子结构高度支化，并具有高度的几何对称性，分子内部存在空腔，表面具有很高的官能团密度。在其分子末端引入合适的活性功能团，再以生成的树枝状多官能团引发剂为支化核心引发单体的原子转移自由基聚合，可以合成结构新颖、分子量窄分布的树核星形聚合物。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更为广阔的发展和应用前景。

发明内容

针对现有技术的不足，并结合造纸湿部抄造体系的特点和要求，本发明提供一种阳离子树核星形阴离子垃圾捕捉剂及其应用。

发明概述