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《江南大学》 2014年
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双醛羧甲基壳聚糖的制备及其与阳离子淀粉复配物增强纸张研究

王萍  
【摘要】:羧甲基壳聚糖是壳聚糖经羧甲基化后制得的一类具有较好水溶性的产物,它为直链型高分子,化学结构类似于纤维素,可用作纸张增强剂,也是近年来造纸助剂领域研究的重点之一。由于它在作造纸助剂使用时存在用量大、成本高等缺点,因此,常与淀粉类衍生物进行复配反应,制备复配产物,用以提高纸张强度,改善纸张质量。为达到较高的复配反应程度,更好的提高纸张强度,进行复配反应时需添加甲醛、戊二醛等有毒交联剂,既污染坏境,又增加成本。本论文的目的在于,利用安全无毒、水溶性好、可生物降解的羧甲基壳聚糖(CMCS)制备双醛羧甲基壳聚糖(DCMCS)这一新型无毒、自身可充当交联剂使用的氧化产物,最终使其与阳离子淀粉达到较高复配程度、进一步提高其性能的同时,减小甚至不添加传统交联剂,使其在当今绿色环保的造纸工业生产中更具有市场价值。 本文主要采用高碘酸钠(NaIO4)选择性氧化CMCS制备DCMCS,增加CMCS的反应官能团,提高其活性,使得产物DCMCS与阳离子淀粉(CS)可以较高程度的复配在一起,用以制备新型造纸助剂双醛羧甲基壳聚糖/阳离子淀粉(DCMCS-CS),提高对纸张的增强效果。使用检测仪器和分析手段表征氧化产物DCMCS和复配物DCMCS-CS的性能和结构,并初步分析氧化机理和复配产物对纸张的增强效果及其增强机理。 首先研究,NaIO4用量、反应温度、时间和pH值对CMCS黏均分子量及氧化度的影响,并优化得到其适宜的制备工艺:在n(NaIO4): n(CMCS)=1.0:1.0,pH值8.0、40℃反应20h的条件下制备的DCMCS具有相对较高的黏均分子量(Mη=6.31×104)及氧化度(44.83%),且产物为乳白色粉末。 采用FTIR、1H NMR及DSC对产物进行表征,证实羧甲基壳聚糖的C2、C3位基团部分生成醛基,其含量在一定范围内增加。XRD及SEM分析表明,双醛羧甲基壳聚糖的结晶度明显下降,分子颗粒尺寸减小且趋于球形。 将自制双醛羧甲基壳聚糖与阳离子淀粉通过复配反应制备造纸复配增强剂。通过单因素实验,探讨DCMCS与CS质量比、DCMCS氧化度、复配反应温度以及时间对纸张强度的影响。优化得到DCMCS-CS复配增强剂的最佳制备条件:DCMCS氧化度26.21%,m(DCMCS): m(CS)=1:5,80℃反应2h。 通过实验研究了DCMCS-CS作为纸张增强剂对纸张强度的作用效果及增强机理。结果表明:DCMCS-CS用量为0.6%时,对纸张增强效果最为明显,抗张指数比空白纸样提高57.6%,撕裂指数提高43.5%,且适宜偏中性偏弱碱性的抄造环境。DCMCS-CS的增强效果明显高于单一助剂(CS和CMCS)及复配助剂CMCS-CS,这也进一步证实,相比于CMCS,DCMCS更利于复配反应的进行,在复配反应中自身也充可交联剂作用。 分析DCMCS-CS用量对纸张光散射系、裂断长的影响,以及采用FTIR、SEM等手段进一步分析其增强机理,证实DCMCS-CS主要是通过提高纤维间的结合面积和结合强度来提高纸张强度。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TS727

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