聚電解質(zhì)基本介紹

發(fā)展具有強大抵御湍流狀態(tài)的助留助濾劑，是造紙領(lǐng)域中提高生產(chǎn)效率、降低干燥能耗及減少環(huán)境污染的有效途徑，而明確該助劑應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)特征及其界面作用規(guī)律，則是造紙濕部化學(xué)的核心問題。 本項目通過“grafting from”的合成方式制備出一系列不同分子量、不同電荷密度的具有高度支化結(jié)構(gòu)和超強抗剪切能力的球型聚電解質(zhì)刷（CSPB），研究了CSPB的水溶液性質(zhì)及分子構(gòu)象，考察了CSPB與各種底物間的相互作用及其助留助濾性能，探究了CSPB的抗剪切能力，分析了其作為助留助濾劑的留著機理。同時，探究了CSPB在纖維素膜表面的界面作用行為，構(gòu)建高抗剪切助留助濾劑的普適結(jié)構(gòu)形式及界面作用模型。 動態(tài)光散射研究表明：CSPB在水溶液中具有鹽刺激響應(yīng)特性，其流體力學(xué)半徑Rh隨離子強度增大而減小。透光度研究發(fā)現(xiàn)，CSPB與葦漿細小纖維、桉木漿纖維、沉淀碳酸鈣以及滑石粉等不同底物相互作用后，體系透光度均有不同程度地下降，其中SiO2/PMETAC、SiO2/P(AM-co-METAC)以及C/PMETAC陽離子刷表現(xiàn)出顯著的絮凝效果。動態(tài)留著實驗表明：CSPB可顯著提高漿料的留著率和濾水速率，其中，SiO2/PMETAC刷對桉木纖維底物的留著率由72.6%提升至89%，濾水時間最多降低了13.6%。在SiO2/P(AM-co-METAC)/APAM二元體系與陽離子淀粉/APAM二元體系對桉木漿和沉淀碳酸鈣助留助濾性能的對比研究中發(fā)現(xiàn)：達到最佳助留效果時，CSPB的助劑用量（18 mg/g）較陽離子淀粉用量（35 mg/g）低，可使?jié){料總留著率提升至92.6%；在不同的湍流條件下CSPB/APAM二元體系較陽離子淀粉/APAM二元體系對纖維和填料均表現(xiàn)出更好的留著效果。濾水性能方面，SiO2/ P(AM-co-METAC)/APAM二元體系也體現(xiàn)出更明顯的提升效果。聚焦光束反射研究表明CSPB/APAM雙元系統(tǒng)通過補丁和架橋機理與纖維和填料相互作用，同時CSPB使得纖維素膜呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)特征，且CSPB的電荷密度越高，纖維素膜呈現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密。 本研究成果豐富了造紙濕部化學(xué)基礎(chǔ)知識，為CSPB作為濕部助劑的應(yīng)用、工業(yè)廢水的凈化與防治等問題提供依據(jù)，具有明顯的學(xué)術(shù)意義、經(jīng)濟價值和社會價值。 2100433B

高速造紙中助留助濾劑最合適的分子結(jié)構(gòu)及其在濕部系統(tǒng)中的構(gòu)象，一直是人們希望解決的科學(xué)問題。本項目擬通過grafting from合成方式，以化學(xué)鍵錨固聚電解質(zhì)于納米內(nèi)核表面之上，制備出一系列具備特高支化結(jié)構(gòu)、超強抗剪切能力、高密度捕獲陰離子等特性的所謂球形聚陽電解質(zhì)刷(CSPB)。在此基礎(chǔ)上，利用動態(tài)光散射技術(shù)研究CSPB在與濕部環(huán)境相近的水相中的溶液性質(zhì)，構(gòu)建其Mark-Houwink方程。并采用橢圓光度法原位獲取CSPB吸附鏈圈、鏈尾等構(gòu)型信息,以此探究其與表面理化性質(zhì)不一的底物間的界面行為，揭示分子結(jié)構(gòu)參數(shù)與助留助濾性能間的構(gòu)效關(guān)系，建立高抗剪切助留助濾劑的普適結(jié)構(gòu)及界面作用模型。此外，將CSPB引入到先進的二元微粒子復(fù)式體系中，探討其助留助濾性能。本研究成果既能豐富高分子溶液及造紙濕部化學(xué)基礎(chǔ)知識，也能為CSPB作為濕部助劑的應(yīng)用、工業(yè)廢水的凈化與防治等問題提供科學(xué)依據(jù)。

基于聚電解質(zhì)荷電性可調(diào)的基本特性和已取得的初步實驗事實，從高分子膜結(jié)構(gòu)的層次設(shè)計理念出發(fā)，通過調(diào)控聚電解質(zhì)鏈間靜電相互作用強弱，制備高分子納米粒子(Polymeric nanoparticles,PNPs)，替代傳統(tǒng)高分子鏈，構(gòu)筑以PNPs為基本單元的、同時具有高選擇性和高滲透性的滲透汽化(Pervaporation,PV)膜。項目重點設(shè)計并合成苯乙烯磺酸鈉-丙烯酸共聚物、磺化羧甲基纖維素鈉、部分季銨化聚4-乙烯基吡啶等聚電解質(zhì)，制備三類不同電荷作用的PNPs及其PV膜，用于有機物脫水。采用正電子湮滅技術(shù)等方法表征PV膜結(jié)構(gòu)與形貌，并與其PV性能進行關(guān)聯(lián)，找出PNPs膜高PV性能的主要因素，闡明高滲透性機制。在此基礎(chǔ)上，采用化學(xué)交聯(lián)方法固定PNPs膜結(jié)構(gòu)，提高其分離性能的穩(wěn)定性。本項目的研究不僅開辟了一類新的PV膜材料，而且為高性能膜材料的設(shè)計提供了一種新的理念，具有重要的科學(xué)和實際意義。