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《齐鲁工业大学》 2014年
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纤维素的RAFT接枝改性及其对纸浆的增强作用

李德娟  
【摘要】:随着国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,对纸类产品的要求越来越高。而由于造纸原料的匿乏,速生材高得率浆、二次纤维等的使用率逐年上升,填料的添加比例也不断增加,这必然会导致成纸质量尤其是强度性能的下降。在抄纸过程中使用增强剂是解决这一问题的主要手段。然而,随着石油、煤炭等不可再生资源的日趋枯竭以及生产石化产品导致的环境污染日趋严重,生物质资源的开发利用引起了世界各国的高度重视。纤维素是地球上最丰富的天然高分子,是取之不尽用之不竭的可再生资源。采用化学合成新技术对纤维素进行可控接枝改性,制备功能化材料是拓展纤维素应用领域的重要途径。 论文以溶解浆为原料,绿色环保型离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑氯盐,BMIMCl)为纤维素溶剂,成功合成了纤维素基二硫代酸酯类RAFT链转移剂(Cell-CTA),通过可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT)方法合成了水溶性纤维素基阳离子接枝聚合物造纸助剂(Cell-g-DMC),并系统研究了Cell-g-DMC对纸浆的增强作用。 首先将溶解浆溶解于BMIMCl中,采用2-溴异丁酰溴(BiBBr)与纤维素反应制备纤维素基大分子引发剂(Cell-BiB);然后采用二硫代苯甲酸(DTBA)与Cell-BiB进行均相反应,制得纤维素基二硫代酸酯类RAFT链转移剂(Cell-CTA),并利用傅里叶红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱等对合成产物进行了分析与表征。结果表明,二硫代酸酯基主要接在纤维素葡萄糖单元的C6位羟基上。 在N,N二甲基甲酰胺(DMF)中,以Cell-CTA为链转移剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为阳离子单体,对纤维素进行了RAFT接枝改性,合成了水溶性纤维素基阳离子接枝聚合物(Cell-g-DMC)。研究了DMC与Cell-CTA的摩尔比、AIBN与Cell-CTA的摩尔比、反应时间、反应温度等对Cell-g-DMC的特性粘度、接枝效率、Zeta电位及阳电荷密度等的影响。通过红外光谱和核磁共振氢谱对聚合物进行了分析表征。最佳合成条件为:反应温度60℃,反应时间24h,AIBN与Cell-CTA的摩尔比为0.5:1。 研究了Cell-g-DMC接枝链长度以及Cell-g-DMC用量、作用时间、浆料体系的pH、温度和剪切作用等对应用效果的影响。结果表明,Cell-g-DMC可显著提高纸张的抗张指数、撕裂指数和纤维间的结合强度,但对纤维本身强度影响不大。Cell-g-DMC的接枝链越长,其对纸浆的增强作用效果越好。随着Cell-g-DMC与浆料作用时间的延长以及浆料体系内剪切作用的增加,成纸各项物理强度的提高幅度先增加而后略有降低,但Cell-g-DMC具有较好的抗剪切能力。浆料体系较高的温度有利于Cell-g-DMC作用效果的发挥。Cell-g-DMC在较宽的浆料体系pH值范围内均有较好的作用效果,可适用于中碱性抄纸体系。较适宜的应用条件为:Cell-g-DMC的特性粘度为215ml/g、用量0.5%、浆料温度40℃、作用时间15min、搅拌转速为250r/min。 与未加Cell-g-DMC的对照样相比,加入Cell-g-DMC后的再生纤维的结晶度有所较低,Cell-g-DMC的加入可以抑制纤维角质化现象的发生,有利于纤维的回收利用。
【学位授予单位】:齐鲁工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TS749

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