分分合合、好生热闹的复合絮聚机理. I. 双元聚合物体系

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分分合合、好生热闹的复合絮聚机理. I. 双元聚合物体系

2024-07-10 18:12| 来源: 网络整理| 查看: 265

分分合合、好生热闹的复合絮聚机理. I. 双元聚合物体系分分合合王立军 2020-09-14 765

导读

经过前面两期(1. 来点意外；2. 机理对比)的铺垫，今天起开始推写复合絮聚机理。它包括双元聚合物絮聚、纳米粒与微粒絮聚、局部阻断、网络絮聚等不同方式。题目加了点煽情的形容，“分分合合，好生热闹”，可能有点牵强，但要表达的意思有：“分”，有“分开加”的意思，还有“必要时需用剪切力强行分开”的意思；“合”，有“需要两种甚至三种助剂(包括顺带的不同机理)组合使用”的意思，另外絮聚本身就是一种合的行为；“好生热闹”，不光体现在各种不同组合显得纷繁复杂，也体现为这一领域十分活跃，一直以来创新不断...

由于篇幅的关系，也由于快要开学了准备时间不再那么多的关系，拟对各种复合絮聚方式分开讲解，今天先讲双元聚合物。建议大家在跟随整个系列的讲解过程中，多多体会我说的“分分合合，好生热闹”是不是还算恰当。

双元聚合物絮聚机理 -- 关于取材的解释

什么是双元聚合物絮聚呢？还是看图识意最方便，一起来看图1 吧。

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图1. 双元聚合物絮聚机理示意图(M. Hubbe教授提供)

图中英文按从上到下从左到右的次序翻译如下：Negative Surfaces：阴离子性的表面；Cationic Patches：阳离子补丁；Bridging：架桥；Add highly cationic polymer：加入高阳电性聚合物；Add very high mass anionic polymer: 加入分子量很高的阴离子聚合物。

大家可以看到，图中的英文我没有去改动，而是采用了图下翻译标注的方法。上次有个读者留言有点抱怨都是英文，抱歉这个我不会轻易调整，原因有很多，选其中最主要的一个说，我们写这些推文一大部分是带领大家利用业余时间一起学，这包括专业英语的学习。

还有一些读者可能会问，“王教授你写的东西是不是很多直接翻译了Hubbe教授的课件”，答复是“否”，我只是适当取材。那为什么来自Hubbe教授教案中的图使用次数那么多呢？因为喜欢他细腻的风格。我来告诉你细腻在哪里(仅为一例)，请看图1，带阴离子电荷的东西都是用粉红色表示的，而阳电荷的物质是用蓝色表示的，你去看我前面引用过的图，也都是这样。那为什么是采用这两种颜色而不是其他的呢？我先不公布答案，知道的读者可以留言，我明天再公布。

双元聚合物絮聚机理 -- 解读

下面我们正式开始解读这个机理，方便起见(方便手机阅读)，把图1再贴过来。

图片.png

请大家注意几个几点：

1. 加入的第一个助剂(后面以助剂A表示)是高阳电荷密度的聚合物(表示在第一个箭头上)，说全了其实应该是高阳离子电荷密度、低分子质量的聚合物，也就是之间提到的聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚酰胺多胺环氧氯丙烷、聚乙烯亚胺等物质，它们以阳离子补丁(Cationic Patches)的方式作用到阴离子物质表面(Negative Surfaces)；

2. 加入的第二个助剂(后面以助剂B表示)是分子量很高的阴离子聚合物(表示在第二个箭头上)，说全了应该是分子量很高(一般指500万到2000万吧)、电荷密度较低的聚合物，典型的就是阴离子聚丙烯酰胺，它们以架桥(Bridging)的方式作用到前面经过补丁预处理的粒子表面；

3. 助剂A加入后并不特意让纸料系统经历高剪切作用，这和下一期要讲到的微粒体系有明显区别；

4. 双元聚合物絮聚机理，本质上就是补丁机理和架桥机理的叠加；

5. 纸料经历补丁-架桥两个阶段的处理，最终以架桥收尾，所以其特征符合一般架桥机理产生的特征，即形成的絮体为宏絮聚体(野絮聚体)，优点是留着率高，缺陷是絮体持水性大(自由滤水区滤水速度加快，但是在真空脱水区和压榨脱水区反而难脱水)，而且有可能破坏纸张匀度；

6. 上述缺陷可由下期要讲的微粒助留体系改进，这也是微粒体系出现的主要原因。

7. 一般的架桥机理多地以分子量高、阳电荷密度低的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)为例，双元聚合物体系则可以使用价格低廉的阴离子聚丙烯酰胺(APAM)，当然使用前面的助剂A有新的成本投入，选用哪个合适，最终要看综合效益，包括助剂A可以使体系更清洁的效益也应该考虑，因为助剂A能起到很好的控制阴离子垃圾的效果。

双元聚合物絮聚机理 -- 拓展

分享Hubbe教授教案中的另一张图，见图2.

图片.png

图2. 双元聚合物絮聚机理的拓展(M. Hubbe教授提供)

Review of Mechanism: 机理再视；Patch-type adsorbed high-charge polymer: 以补丁形态被吸附的高电荷聚合物；Anchoring groups：被锚定的团块；Alum floc：铝基絮体

大家可以看到，与图1右侧不一样的是，图2出现了以天蓝色表示的铝基絮体。什么是铝基絮体呢？可以看成是硫酸铝加入体系后产生的东西(根据体系pH值的不同，硫酸铝加入后产生的物质会很不一样，即使是偏碱性的条件下，只要接触时间足够短，例如小于十几秒，硫酸铝加入后形成的物质仍能保持一定的正电性)，也可以看成是基于聚合氯化铝的东西。

给大家展示图2的目的，是想提醒一下，虽然这里看上去是三元助剂体系，但本质上还是补丁机理和架桥机理叠加的二元助剂体系。当然，你也可以将图2中高阳电荷补丁物质和铝基絮体物质看成是一种混合物(混合产品)，被当作助剂A加入的。

根据体系的不同，有的二元聚合物助留体系可以是助剂A和助剂B都是阳离子的聚合物，比如就是聚胺(PA)和CPAM的组合，这个暂时不再多讲。

声明：对图2的解读也都是我自己的“看图识意”。

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