阴离子聚丙烯酰胺在非蒸压纤维水泥板抄取工艺中的应用_高帅.pdf

69技术应用阴离子聚丙烯酰胺在非蒸压纤维水泥板抄取工艺中的应用高 帅 天津中晶建筑材料有限公司，天津300000摘 要：为保证非蒸压纤维水泥板在抄取制备工艺中拥有较高且稳定的抄取率，实验室对不同相对分子质量及不同添加量的阴离子聚丙烯酰胺（APAM）在非蒸压纤维水泥板配方料浆中的絮凝效果进行试验研究及生产应用。研究结果表明，阴离子聚丙烯酰胺对非蒸压纤维水泥板配方料浆具有明显的、稳定的絮凝效果，且存在最佳相对分子质量及添加量。相对分子质量为1 200万的APAM，用量为0.12%时，实验室抄取率可达到98%，生产应用中抄取率可稳定保持在80%以上。关键词：非蒸压纤维水泥板；聚丙烯酰胺；分子量；抄取率随着我国建筑工业化和建筑节能减排领域高质量发展，市场对建筑材料也提出了新要求，纤维水泥板建筑材料制品以其优异的物理性能、施工性能和环境友好性受到国内外学者、企业的广泛关注。目前欧洲、美国等均以非蒸压纤维水泥板建筑产品为主，随着全球“碳达峰、碳中和”“低能、绿色”等环保趋势的新发展，我国加速非蒸压纤维水泥板建筑产品的生产研究极为重要。抄取法是国内外纤维水泥制品的主流制造工艺之一1，我国抄取法生产线数量也在逐年增加，因非蒸压纤维水泥板配方以细粉料胶凝材料为主，所以实现其生产过程中网箱抄取率的精准、稳定控制尤为重要。网箱抄取率低、不稳定都会直接影响生产的整体效率及产能，无法实现生产全自动化，最终影响产品的密度、强度、耐久性等性能。絮凝剂作为污水、污泥处理过程中的重要助剂，可有效实现介质中带电离子及非金属粒子的絮凝，达到良好的处理净化效果，其作用机理涵盖电荷中和作用、吸附架桥作用及难溶解物质的沉淀作用等2。目前市场上絮凝剂种类较多3，主要包括聚合氯化铝、硫酸铝等无机絮凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）有机絮凝剂以及微生物絮凝剂，其中阴离子聚丙烯酰胺（APAM）以其良好的絮凝效果及广泛的工况适用性在众多行业推广应用。为保证非蒸压纤维水泥板在抄取法制备工艺中拥有稳定、高效的抄取率，实验室通过添加不同相对分子质量及不同添加量的 APAM4，考察非蒸压纤维水泥板配方料浆的絮凝效果和抄取率，为 APAM 作为絮凝剂在非蒸压纤维水泥板抄取法制备工艺中的使用提供借鉴指导。1 实验部分1.1 试验材料非蒸压纤维水泥板配方材料包括 200 目筛余小于 15%的普通 42.5 硅酸盐水泥、300 目筛余小于 10%的石灰石、纤维素纤维、PVA 纤维及固含量 90%95%的 APAM 固体粉末。试验前将 APAM 固体粉末加水配置成质量分数为 1的液体溶液，充分溶解并搅拌均匀备用，添加量为占配方材料干重的百分比。试验配方如表 1 所示。表 1 试验配方组成原材料普通 42.5 硅酸盐水泥石灰石纤维素纤维PVA 纤维占比/%76.2%18.4%3.6%1.8%1.2 试验方法根据试验配方配制浓度为 4%的浆料 500mL，将配置好的浆料在搅拌机转速为 3405r/min 下搅拌 10min，浆书籍1.indb 692022/12/17 19:43:44702022 年第 24 期技术应用料混合均匀后，加入 APAM 在搅拌机转速为 1005r/min下搅拌 1min，然后将混合均匀的料浆快速通过 60 目标准滤筛至 500mL 的量筒中，过程中不断使用玻璃棒搅拌，待抽滤、烘干后计算筛网上和量筒里的固体质量。抄取率计算公式如下：抄取率（%）=1-（m1/m2）100%其中，m1为过筛烘干后量筒中固体的质量，单位为 g；m2为浆料中固体的质量，单位为 g。2 结果与讨论2.1 不同分子量 APAM 及添加量试验按 照 1.2 中 试 验 方 法，分 别 对 800 万、1200 万、1400 万及 3000 万 4 种相对分子质量的 APAM 进行抄取率对比试验，结果如图 1 所示。由图 1 可以看出，4 种不同相对分子质量的 APAM抄取率随添加量的增加呈现出先极速增加后缓慢平稳的变化规律，在添加量 0.02%0.16%区间内，相对分子质量 1200 万和 1400 万 APAM 抄取率均高于 800 万和3000 万 APAM 抄取率，添加量为 0.16%以后，4 种不同相对分子质量的 APAM 抄取率数值相对稳定，数值差异在 5%以内。因此 APAM 在非蒸压纤维水泥板配方料浆中存在最佳相对分子质量及添加量，且在一定用量区间内，分子量过高、过低均影响絮凝效果。结果显示，相对分子质量在 1200 万至 1400 万之间的 APAM 在用量为 0.12%时，抄取率稳定在 95%以上，最高可达到 98%。分析原因是随着 APAM 相对分子质量的不断增加，絮凝的分子链就越长，活性官能团就越多，其吸附架桥网捕能力变强，絮凝体的粒径变大，抄取率变高。但当分子量过大时，在有限空间内一部分 APAM 的链端吸附在同一颗粒上，或缠绕在其表面形成水化壳，产生空间位阻，运动阻力增大，分散溶解性降低，减少絮凝剂与颗粒间的接触面积，从而影响絮凝效果。分子量过小时，絮凝的分子链相对较短，活性官能团也相对较少，导致有限空间内，较低添加量的 APAM 相对表面积较小，不足以和所有料浆颗粒接触，形成较大絮凝体，从而抄取率不高5。另外，由于 APAM 相对分子质量增加，黏度增加，工艺使用中会导致上料毛布堵塞，削减使用寿命，增加制造成本。2.2 APAM 放大试验及应用根据试验结果，实验室选用相对分子质量为 1200 万的 APAM 用作工艺外加剂，在实验室进行制板模拟试验。制备过程如下。根据表 1 配方比例准备各材料，单张样板总固体重量为 800g。将相对分子质量为 1200 万的 APAM 充分溶解至浓度为 1%备用，然后将配方材料配制成浓度为 4%的料浆，调整搅拌机转速为 3405r/min，搅拌 10min后将混合料浆和相应比例添加量的 APAM 同时加入到300mm300mm 方形抄片机中气动搅拌 1min，之后料浆在方形抄片机中进行自然脱水和真空脱水，形成样板湿坯，此过程中对脱水池中回水进行取样处理，用以计算抄取率。湿坯经压机加压、自然养护成型，一定养护龄期后烘干进行性能检测。制板试验结果如图 2 所示。从图 2 可以看出，制板模拟试验抄取率和 2.1 试验中抄取率规律呈现高度一致性，APAM 添加量在 0.12%时达到稳定状态，抄取率为 95%。实验室制备的非蒸压纤维水泥板各项物理性能满足纤维水泥平板第 1 部分：无石棉纤维水泥平板（JC/T412.1-2018）中 C 类要求。将相对分子质量为 1200 万的 APAM，添加量为0.12%，在非蒸压纤维水泥板抄取生产线进行生产应用。图 3 为生产线网箱料浆絮凝效果图，从图中可以明显看图 1 不同分子量的 APAM 抄取率曲线图书籍1.indb 702022/12/17 19:43:4471技术应用到料浆絮凝体，且网箱上料状态良好。实验室对地坑回水取样检测计算抄取率，抄取生产线 4 网箱中最低抄取率为 83.3%，平均抄取率可达 85%以上，絮凝效果及稳定性均佳，满足生产工艺需求。图 4 为非蒸压纤维水泥板生产过程中的湿坯，其表面光滑平整，小料层、单料层间胶凝材料充足，结合良好，经后续工序处理后，对非蒸压纤维水泥板成品进行物理性能测试，其结果均满足纤维水泥平板第 1 部分：无石棉纤维水泥平板（JC/T412.1-2018）中 C 类要求，而且拥有 C5 级抗冲击强度和 2.0MPa 以上的内结合强度。图 4 板材湿坯图3 结论（1）阴离子聚丙烯酰胺在非蒸压纤维水泥板配方料浆中展现出良好的工况适用性，絮凝效果明显，稳定性较好。（2）阴离子聚丙烯酰胺在非蒸压纤维水泥板料浆中存在最佳相对分子质量及添加量，过高或者过低都会影响絮凝效果及生产工艺过程。（3）相对分子质量为 1200 万的阴离子聚丙烯酰胺最佳用量为 0.12%，实验室试验抄取率最高可达 98%。（4）优选的阴离子聚丙烯酰胺在实验室制板模拟试验及生产线应用试验中均有良好的絮凝效果，生产过程中抄取率可稳定保持在 80%以上，产品各项物理性能优异。参考文献1 崔琪.新型纤维水泥建筑板材的发展与制造技术 C.中国硅酸盐学会 2003 年学术年会，北京，2003：238-245.2 李小梅，曾世东.水处理絮凝剂的种类及发展前景 J.现代农业科技，2013（24）：242-243.3 吴杰.絮凝剂在无石棉纤维水泥板抄取工艺中的应用 C.“建筑轻板与装配式建筑学术研讨会”暨第十一届全国纤维水泥制品学术、标准、技术信息交流会，韶山，2019：120-126.4 谢丽辉.聚丙烯酰胺（PAM）对污泥脱水性能的改善 J.广州化工，2012，40（19）：101-103.5 李西明.阴离子型聚丙烯酰胺在絮凝沉淀实验的应用 C.川、渝、滇、黔、桂煤炭学会 2012 年度学术年会，重庆，2012：584-587.图 2 1 200 万的 APAM 制板抄取率曲线图图 3 抄取线网箱絮凝效果图书籍1.indb 712022/12/17 19:43:45