新型造纸用阴离子垃圾捕捉剂的合成

在实验中我们发现此时的温度对产物的色泽有很大
的影响， 温度越高颜色越深， 若温度冲到 ８００Ｃ， 即使时
间很短， 产物的颜色将加深至茶色。这主要是因为此
时物料中还含有大量未反应的有机胺， 温度过高导至
产物颜色加深。
２．２ 物料及其摩尔比对反应产物性能的影响
物 料 配 比 的 改 变 对 产 物 的 色 泽 、粘 度 和 阳 离 子 度
Ａ－ ３ ５０．３
１０１５
３４５ ５．３ ２９．７ 无色
Ａ－ １５９ ５０．１
１．１６
８３６ ５．５ ３１．７ 无色
注： Ａ－ － ３： 自合成产物； Ａ－ １５９： 进口产品
从表 ４ 可以看出尽管所得产物外观、电荷等指标
与进口产品较接近， 但在实验中我们发现， 反应的后
期粘度很难增加， 所得产物粘度粘度较低， 达不到
从而通过增加机构使现有的 ＦＺ－ １０００ＤＪ／Ｙ２ 型水
冷磁粉制动器既能正常使用， 又可以满足 ３＃ 机生产
要求。这样可以大大的延长磁粉和磁粉制动器的使用
寿命， 预计磁粉和磁粉制动器的使用寿命能延长 ２
倍。
收稿日期： ２００７－ ０５－ １３
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批号 固含量（％） 比重（ｇ／ｍＬ） 粘度（ｍＰ ａ ．ｓ ） ｐＨ 电荷（１０６ 库仑）
Ｂ－ ２ ５０．３
１．１６
８２４ ５．３
２８．４
Ｂ－ ５ ５０．５
１０１５
Ａ－ １５９ ５０．２
１０１６
８１７ ５．６
２６．９
７９７ ５．３
３１．３
注： Ｂ－ ２： 三乙烯四胺： 环氧氯丙烷为 ０．９５： ０．０５（摩尔比）
标达到 Ａ－ １５９ 产品的要求， 但阳离子度的下降仍对产
物质量有着较为严重的影响。为了提高阳离子度， 我
们在三乙烯四胺部分替代二甲胺的同时加入了少量
的 阳 离 子 剂 甲 基 丙 烯 酰 氧 乙 基 三 甲 基 氯 化 胺 （ＤＭＣ）。
将合成产物送相关纸厂进行检测， 并与用方案 Ａ、方
案 Ｂ 所合成样品进行了比较， 具体数据见表 ６。
由 ＦＺ－ １０００ＤＪ／Ｙ２ 型水冷磁粉制动器的额定转矩 为 １０００Ｎｍ， 而要满足生产需要磁粉制动器的转矩需 要达到 ６８４０Ｎｍ， 即为额定转矩的 ６．８６４ 倍， 因此要求 改进后的磁粉制动器的许用滑差功率必须降到降为 现有状态下磁粉制动器的滑差功率的 １／６．８６４， 即： 改 进后的 ＦＺ－ １０００ＤＪ／Ｙ２ 型水冷磁粉制动器的许用滑差 功率应为
２０
造纸化学品与应用
２００７ 年第 ４ 期
造纸化学品与应用
新型造纸用阴离子垃圾捕捉剂的合成
郭伟杰 周海骏 江苏科技大学材料科学与工程学院 镇江 （２１２００３）
摘 要： 本文介绍了以二甲胺、环氧氯丙烷为原料采用开环聚合制备的新型、高效阴离子垃圾捕捉剂的 合成方法， 对影响产物性能的条件如： 原料摩尔比、反应温度、反应时间、ｐＨ 等进行了探讨。参 照国际上目前效果最好的汽巴公司 Ａ－ １５９ 各项性能指标对合成产物进行了应用实验。最佳合 成 工 艺 ： 二 甲 胺 ： 二 乙 烯 三 胺 ： ＤＭＣ： 环 氧 氯 丙 烷 ＝ ０．９５： ０．０５： ０．０３： １ （摩 尔 比）， 滴 加 温 度 ２５－ ３０℃， 保温温度 ７０－ ８０℃， 保温时间 ３－ ４ｈ。这种产品的成功开发将为我国在造纸行业提供 一种新型高效的造纸助剂， 应用前景广阔。
从表 ６ 可知， 阳离子剂的添加不但提高了阳离子
度， 同时产物粘度也增长较快， 各项指标已达到进口 （ 下转第 ３５ 页）
湖南造纸
设备与自动化
３５
由于我们 ３＃ 机长期为上海出大辊径、大张力的纸种， 至使 ３＃ 机大复卷机磁粉制动器长期处于过载使用状 态， 使得磁粉因烧结更换频繁， 磁粉制动器磨损严重 而无法达到设计使用寿命。
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造纸化学品与应用
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具体方案如下：
将一定量的二甲胺水溶液 （４０％ ）、三乙烯四胺、
ＤＭＣ 加入烧瓶中， 在一定温度下滴环氧氯丙烷， 滴加
完必后在 ７０－ ８０℃下保温， 直至产物粘度达到要求，
反应结束加水调节产物固含量为 ５０％ ， 并用稀盐酸
调 ｐＨ 为 ５．５， 得到无色一淡黄色粘稠的液体。
关键词： 阴离子垃圾捕捉剂； 二甲胺； 环氧氯丙烷
前言 阴离子垃圾（ａｎｉｏｎｉｃ ｔｒａｓｈ）是指纸机湿部存在的所
有 溶 解 的 阴 离 子 聚 合 物（低 聚 物 或 高 聚 物 ）和 胶 体 的 阴 离子物质的总称。近几年来， 随着造纸原料结构的变 化 ， 例 如脱 墨 废 纸 浆 的 大 量 使 用 、木 素 和 半 纤 维 素 含 量 较 高 的 高 得 率 浆 的 大 量 应 用 、 涂 布 损 纸 的 回 用 、纸 机白水封闭循环程度的提高以及多种用途的造纸助 剂的应用， 使纸机湿部干扰性的阴离子杂质的聚集和 浓度越来越高， 对纸机湿部操作的危害也越来越大［ｌ－２］。 这些阴离子垃圾以多种方式影响纸机的运行和纸页 的质量， 常见有如下几种影响： （１）影响主机的使用效 果， 对施胶剂、湿强剂、助留助滤剂、染料等均有不利 影响。（２）影响纸页质量， 降低纸页匀度， 引起小孔和暗 点， 降低纸页强度。（３）影响纸页的强度， 同时由于纸页 强度下降而导致纸机断头次数增加， 影响纸机运行性 能［３］。尤其是随着抄纸系统向中碱性体系的转化， 使阴 离子垃圾的问题更加突出。解决上述问题的最佳途径 就是添加阴离子垃圾捕捉剂， 但是目前国内大的纸业 集团所用产品主要靠进口， 而中小纸厂基本没有使 用， 因此， 加大造纸用阴离子垃圾捕捉剂的研制与应 用， 不但大大可以提高造纸生产的工作效率， 也可以 减轻造纸废水对环境的污染。
Ｂ－ ５： 三乙烯四胺： 环氧氯丙烷为 ０．９２： ０．０８（摩尔比）
从上表还可以看出用三乙烯四胺部分替代二甲
胺虽然可使粘度增加， 但另一方面会导致产物的阳离
子度降低。同时在同样的实验条件下， 三乙烯四胺含
量越高， 阳离子度越低， 产物的颜色也越深。
２．２．３ 阳离子剂 ＤＭＣ 的影响
由表 ５ 可知加入三乙烯四胺虽使产物的粘度指
１．３ 产物质量标准
产物以进口同类产品 Ａ－ １５９ 的质量指标为标准，
相关数据见表 １：
表 １ Ａ－ １５９ 的质量指标
外观 固含量（％）比重（ｇ／ｍＬ）粘度（２５０Ｃ、ｍＰ ａ ．ｓ ） ｐＨ 电荷（１０６ 库仑）
无色至淡黄色 ５０．±０．５ １．１６
６００－ ９００ ５．５ ＞ ３０
其中产物粘度及正电荷量即阳离子度对阴离子
间 长 ， 但 保 温 温 度 超 过 ７０℃， 反 应 时 间 缩 短 有 限 、产
物色泽较深， 因此从工业化可行性、产品性能综合考
虑， 保温温度确定为 ７０℃。
另外， 由于二甲胺和环氧氯丙烷的反应为放热反
应， 滴加完毕若冷却跟不上反应物的温度会自动升
高， 因此此时将温度控制在 ６０℃以下非常重要。因为
［Ｐ］＝Ｐ／６．８６４＝１１０．２２／６．８６４≈１６．１Ｗ 所以我们只要满足 ＦＺ－ １０００ＤＪ／Ｙ２ 型水冷磁粉制 动器的许用滑差功率就能保证 ＦＺ－ １０００ＤＪ／Ｙ２ 型水冷 磁粉制动器的正常使用； 由上述分析结果结合我公司具体情况试提出下 面改进方案。 我们试想在磁粉制动器与退纸辊之间加一套机 械副来降低磁粉制动器的负载转速， 速度降低的参数 标准是： 该速度使磁粉制动器因摩擦产生的热量大致 等于外部冷却装置从磁粉制动器带走的热量。
等各项指标都有很大的影响。
２．２．１ 二甲胺与环氧氯丙烷的摩尔比
我们以二甲胺和环氧氯丙烷等摩尔的原则进行
反应， 即采用方案 Ａ。因为根据资料［４］介绍在等摩尔条
件下， 所得产物阳离子度最高。反应具体情况见表 ４。
表 ４ 二甲胺与环氧氯丙烷的摩尔比对产物性质的影响
批号 固含量（％） 比重（ｇ／ｍＬ） 粘度（ｍＰ ａ ．ｓ ） ｐＨ 电荷（１０６ 库仑） 外观
Ａ－ １５９ 所要求的粘度指标。为此我 们 对 配 方 进 行 调
整， 采用添加交联剂的方法， 增加产物粘度。
２．２．２ 用三乙烯四胺部分替代二甲胺
三乙烯四胺属多烯多胺， 更易形成交联结构， 因
此用三乙烯四胺部分替代二甲胺达到提高产物的粘
度目的。具体数据见表 ５。
表 ５ 用三乙烯四胺替代二甲胺对产物性质的影响
垃圾捕捉剂来说是至关重要的指标。
２ 结果与讨论
２．１ 温度对产物粘度、色泽的影响
２．１．１ 滴加温度对产物粘度、色泽的影响
我们发现， 反应时的温度对产物的粘度、色泽有
很大的影响， 特别是滴加温度， 具体数值见表 ２。
表 ２ 滴加温度对粘度、色泽的影响
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滴 加 温 度（０Ｃ ） ２６℃ ４０℃
保温时间（ｍｉｎ） 粘度（２５０Ｃ、ｍＰ ａ ．ｓ ）
由于反应为逐步聚合反应， 因此随着反应时间的
延长， 产物粘度不断增加， 同时产物粘度增长速率还
与保温温度有关， 具体见表 ３。
表 ３ 保温时间、温度对粘度、色泽的影响
保 温 温 度 （℃）
达到所需粘度时间（ ｈ）
色泽
５０℃ ６０℃ ７０℃ ８０℃
３０
无色
１２
浅黄色
６
浅黄色
５．５
柠黄色
从表 ３ 可以看出， 保温温度低， 达到粘度所需时
（ 上接第 ２１ 页） 产品指标， 同时销售价格比进口产品
低 ５０％ ， 完全可替代进口产品。
表 ６ 添加 ＤＭＣ 的影响
批号 固含量（％） 比重（ｇ／ｍＬ） 粘度（ｍＰ ａ ．ｓ ） ｐＨ
Ａ－ ２ ５０．３
１．１６
Ｂ－ ３ ５０．２
１．１５
Ｃ－ ５ ５０．２
１．２０
Ａ－ １５９ ５０．２
１．２７
１９５ ５．２ ４２０ ５．５ ７９０ ５．７ ８５２ ５．５
丙烷 Ａ．Ｒ 上海试剂三厂， 三乙烯四胺 Ｃ．Ｐ． 上海 试剂三厂， 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化胺（ＤＭＣ） 进口（含量 ７９％ ）， 氢氧化钠、盐酸： Ａ．Ｒ 上海试剂 三厂 仪器： 四口烧瓶、球形玻璃回流冷凝管、１００ｍＬ 恒压分 液漏斗、电动搅拌器、水浴锅、旋转粘度计等。 １．２ 实验方案
本研究采用二甲胺和环氧氯丙烷为主要原料， 三 乙 烯 四 胺 、甲 基 丙 烯 酰 氧 乙 基 三 甲 基 氯 化 胺（ＤＭＣ）为 辅助原料进行共聚。二甲胺和环氧氯丙烷在合成过程 中都是双官能团反应， 对于二甲胺， 其一是通过氢原子 实现的， 其二是氮的季铵化； 对于环氧氯丙烷， 一是通 过氯原子实现， 二是通过开环作用实现的。因此反应 只能向两个方向进行， 从而得到直链型高聚物， 反应 所得的产物为季铵盐阳离子聚合物。反应原理如下：
１ 实验部分 １．１ 仪器与药品 药品： 二甲胺水溶液（４０％ ）
上海试剂三厂，
环氧氯
基金项目： 江苏省社会发展项目（ ＢＳ２００６０３４） ， 镇江市社会发展项目（ ＳＨ２００５０５７） 作者简介： 郭伟杰， １９６６， ４—， 女， 高级工程师， 主要研究方向： 聚合物改性， 有机合成， 造纸助剂等。
色泽
３００
５９０
无色或浅黄色
３００
２１３
柠黄色
从表 ２ 中可以看出低温滴加比高温滴加所得产
物粘度大， 同时滴加温度越高产物色泽也越深， 这主
要是有机胺在空气中遇高温极易变色导至产物颜色
加深。因此在实验中将滴加时的温度控制在 ３０℃以
下以确保产物有一个合适的粘度。
２．１．２ 保温温度对产物粘度、色泽的影响
三 乙 烯 四 胺 、ＤＭＣ 通 过 开 环 聚 合 得 到 一 个 阳 离 子 聚 合物， 可作为造纸用阴离子垃圾捕捉剂。具体合成工 艺 为 ， 二 甲 胺 ： 三 乙 烯 四 胺 ： ＤＭＣ： 环 氧 氯 丙 烷 ： ０．９５： ０．０５： ０．０３： ｌ （摩尔比）， 滴加温度 ２５－ ３０℃， 保温温度 ７０－ ８０℃， 保 温 时 间 ３－ ４ｈ， 反 应 结 束 加 水 调 节 产 物 固 含量为 ５０％ ， 产物粘度： ６００－ ９００ｍＰａ．ｓ（２５℃）、阳 离 子 度大于 ３０×１０６ 库仑， ｐＨ 为 ５．５。
注： Ａ－ ２： 二甲胺： 环氧氯丙烷 ＝ １： １ （ 摩尔比）
电荷（１０６ 库仑）
２８．７ ２７．６ ３１．５ ３１．９
Ｂ－ ３： 三乙烯四胺： 环氧氯丙烷 ＝０．９５： ０．９５（ 摩尔比）
Ｃ－ ５： 三乙烯四胺： 环氧氯丙烷： ＤＭＣ＝０．９５： ０．０５（摩尔比）
３ 结论 １）以 二 甲 胺 、环 氧 氯 丙 烷 为 主 要 原 料 、适 量 加 入
由上述可知我们选择一个数比 ｉ 为 １： ６．８６４ 的机
构即可， 所以我们选择 ＺＱ－ ２５０－ ８．２３－ Ⅰ－ Ｚ 型圆柱齿
轮减速机来代替机械副实现变速， 从而降低磁粉制动
器的发热功率。
演算： Ｐ＝１１０．２２／８＝１３．７７７５Ｗ≤１６．１Ｗ
即增加减速机后磁粉制动器的滑差功率 Ｐ≤磁
粉制动器的许用滑差功率［Ｐ］