殼聚糖及其改性物對(duì)紙的增強(qiáng)作用研究.pdf

1、作為一種材料，紙需要具有一定的強(qiáng)度以滿足其使用的需要。殼聚糖作為一種產(chǎn)量巨大的天然高分子聚合物甲殼素的重要衍生物，從其分子結(jié)構(gòu)特征來看，具有成為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑的天然優(yōu)勢。由于石油等化石原料的儲(chǔ)量有限，開發(fā)可再生的殼聚糖及其改性物作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑以替代或部分替代合成增強(qiáng)劑具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文研究了殼聚糖及其改性物對(duì)紙的增干強(qiáng)性能、增濕強(qiáng)性能（暫時(shí)性濕強(qiáng)和持久性濕強(qiáng)）包括在增強(qiáng)的同時(shí)提高紙抗菌性能的作用以及通過對(duì)造紙沉淀碳酸鈣(PCC)

2、填料的改性來改善紙的強(qiáng)度等指標(biāo)，最后通過與典型的濕強(qiáng)廢紙廢人民幣紙的再制漿性能進(jìn)行比較，研究了基于殼聚糖及其改性物的濕強(qiáng)紙的再制漿性能，對(duì)其可再生利用性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文的具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)研究了陽離子化殼聚糖分別與羧甲基殼聚糖和羧甲基纖維素形成的聚電解質(zhì)復(fù)合物對(duì)紙的增強(qiáng)作用。上述兩種復(fù)合物的陽/陰聚電解質(zhì)的質(zhì)量比分別為44/100和120/100時(shí)，復(fù)合物的濁度最高，并將此條件下形成的聚電解質(zhì)復(fù)合物應(yīng)用于后續(xù)的實(shí)

3、驗(yàn)研究。結(jié)果表明，上述兩種復(fù)合物比單獨(dú)使用陽離子化殼聚糖時(shí)具有更好的增強(qiáng)效果、同時(shí)在對(duì)PCC填料的助留和對(duì)紙漿的助濾方面也效果更好。當(dāng)陽離子化殼聚糖和上述兩種復(fù)合物以1％的用量添加到紙漿中時(shí)，其抗張指數(shù)分別增加了13.10％、27.69％和21.17％。
　　(2)采用乙二醛/殼聚糖交聯(lián)體系通過浸漬處理的方法研究對(duì)紙的抗張強(qiáng)度、耐折度和濕強(qiáng)度的影響，并與單獨(dú)使用乙二醛和殼聚糖溶液處理時(shí)進(jìn)行了對(duì)比。當(dāng)熟化溫度在90到130℃之間時(shí)，

4、經(jīng)交聯(lián)體系處理的手抄紙具有比單獨(dú)使用乙二醛溶液和殼聚糖溶液處理時(shí)更高的濕強(qiáng)度同時(shí)也稍高于兩者之和。與單獨(dú)使用乙二醛和殼聚糖溶液時(shí)相比，上述交聯(lián)體系處理后紙的毛細(xì)管升高降低，并且接觸角增大，這可能預(yù)示紙的物理變化也是其具有濕強(qiáng)度的一個(gè)原因。
　　(3)采用馬來酸酐和殼聚糖制備了馬來酸酐?；瘹ぞ厶?MAAC)，并采用紫外光譜對(duì)其進(jìn)行了定性和定量的分析。MAAC可以通過漿內(nèi)加添和浸漬處理兩種方式提高紙的濕強(qiáng)度。當(dāng)其用于漿內(nèi)添加時(shí)，在預(yù)處

5、理pH為6左右，且預(yù)處理溫度較高時(shí)其增濕強(qiáng)效果更好。在相同的預(yù)處理?xiàng)l件和用量時(shí)，MAAC可以獲得至少相當(dāng)于聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷(PAE)樹脂80％的濕強(qiáng)度，這表明MAAC具有成為PAE樹脂替代品的潛力。通過在MAAC浸漬處理過的紙樣表面進(jìn)行大腸桿菌的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比于空白紙樣，大腸桿菌的生長降低了80％，MAAC具有同時(shí)增加紙濕強(qiáng)度和抗菌性能的作用。
　　(4)馬來酸酐可以作為橋聯(lián)劑先與紙中纖維發(fā)生?；磻?yīng)，再通過與殼聚糖的酰胺

6、化反應(yīng)將殼聚糖接枝到紙纖維上。當(dāng)馬來酸酐丙酮溶液和殼聚糖溶液的濃度均為1％時(shí)，紙樣經(jīng)浸漬處理和熟化后，其暫時(shí)性和持久性濕強(qiáng)度分別可達(dá)31.6％和31.4％，可以滿足大多數(shù)濕強(qiáng)紙種對(duì)濕強(qiáng)度的要求。
　　(5)采用陽離子化殼聚糖與羧甲基殼聚糖的聚電解質(zhì)復(fù)合物對(duì)PCC填料進(jìn)行了表面包覆改性，通過粒度分析和電子掃描電鏡觀察(SEM)等手段分析了改性后PCC粒度及其分布和微觀形貌的變化。當(dāng)紙中PCC填料含量相同時(shí)，可以有效的提高紙的抗張強(qiáng)度

7、，同時(shí)對(duì)其留著性能和紙的白度和不透明度等指標(biāo)也有提高。
　　(6)為比較和分析基于殼聚糖及其改性物濕強(qiáng)紙的可回用性，對(duì)比研究了一種典型的濕強(qiáng)廢紙廢人民幣紙（WRMB）的再制漿方法和性能。采用稀酸浸泡預(yù)處理再經(jīng)機(jī)械疏解的再制漿方法對(duì)乙二醛/殼聚糖交聯(lián)體系處理后得到的濕強(qiáng)紙和WRMB廢紙基本不適用，但該方法可以用于漿內(nèi)添加了MAAC的濕強(qiáng)紙的再制漿。且MAAC濕強(qiáng)紙?jiān)僦茲{后的成漿其纖維形態(tài)、細(xì)小纖維含量與原漿相比差別不大。WRMB廢紙

8、的再制漿需要采用處理?xiàng)l件更強(qiáng)烈的雙pH法預(yù)處理并采用機(jī)械疏解能力更強(qiáng)的PFI磨對(duì)其進(jìn)行機(jī)械疏解。從濕強(qiáng)紙?jiān)僦茲{后其成漿的性能來看，WRMB廢紙成漿的纖維較短、細(xì)小纖維含量更高，且根據(jù)纖維形態(tài)分析和SEM觀察的結(jié)果來看，其纖維具有一定程度的扭結(jié)和卷曲。
　　總的來說，漿內(nèi)添加了MAAC的濕強(qiáng)紙其可回用性要優(yōu)于WRMB，從資源循環(huán)利用的角度來看，與傳統(tǒng)濕強(qiáng)劑相比MAAC更具優(yōu)勢。就紙的增濕強(qiáng)效果而言，乙二醛/殼聚糖交聯(lián)體系和通過馬來酸