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碱木素接枝共聚物的制备及其应用研究

孙芸芸  
【摘要】:木素是自然界中资源丰富的天然高分子有机化合物之一,它普遍存在于植物中,同纤维素和半纤维素共同组成纤维素纤维。同时木素也是制浆造纸工业中蒸煮黑液的主要成分,如果黑液不能得到有效处理,将会对环境造成很大污染。木素大分子中含有多种反应活性基团,如羰基、甲氧基、羟基(酚羟基、醇羟基)、苯环等,具有参加各种化学反应的潜能,对黑液中木素进行提取并加以利用,不仅能够解决黑液处理的难题同时也将达到节约资源获得经济利益的目的。本研究利用杨木碱木素为原料,采用水溶液自由基聚合方法,进行了碱木素-丙烯酰胺共聚物的合成及其应用于箱板纸于增强剂的研究。同时,利用2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为阳离子改性剂,进行了木素阳离子化接枝改性及其应用于高岭土高浊度废水絮凝的研究。碱木素-丙烯酰胺共聚研究表明,杨木碱木素为原料,单体用丙烯酰胺,引发剂用过硫酸钾在水溶液中进行自由基接枝共聚,合成了木素-丙烯酰胺(SL-AM)接枝共聚物。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(HNMR)和元素分析对接枝共聚产物进行了表征,用热失重(TGA)对产物的热稳定性进行分析。结果表明,最优的合成工艺条件为,丙烯酰胺与木素摩尔比为7.5,引发剂K2S2O8用量为木素质量的3%,反应温度90℃,时间4 h。接枝产物的得率达到80%,接枝率达到353.26%,该共聚物在pH=7的水溶液中的溶解度为100%(1g/L浓度)。合成的SL-AM接枝共聚物用作纸页干增强剂时,其最优的工艺条件为,SL-AM接枝共聚物用量6.5%,浆浓3%,处理时间3min。低打浆度(27°SR)下,裂断长、耐破指数和撕裂指数分别提高31.3%、34.5%和19.6%,高打浆度(45°SR)条件下,纸页裂断长、耐破指数和撕裂指数分别提高了10.3%、8.3%和8.7%。碱木素的阳离子化接枝改性研究表明,以杨木碱木素为原料,以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为单体,在碱性条件下反应制备木素-2,3环氧丙基三甲基氯化铵(SL-EPTAC)。接枝物的最优工艺条件为:EPTAC/木素摩尔比为1.19,NaOH/EPTAC摩尔比为1.5,反应时间4h,反应温度50℃。在该工艺条件下所得阳离子木素聚合物的接枝率为22.8%,且该阳离子木素聚合物在pH为7的水溶液中的溶解度为60%(10g/L浓度)。FTIR、H-NMR和元素分析表明,采用该方法EPTAC被成功接枝到了木素上。热重分析显示,利用EPTAC对木素进行阳离子化改性后,降低了木素的热稳定性。SL-EPTAC接枝物用于高岭土高浊度水处理时具有很好的絮凝效果。较适宜工艺条件为pH=5,用量0.03mg/L(对于高岭土浓度1g/L溶液),静置时间6h,在该条件下,溶液浊度去除率可达90.5%。显微镜观察分析表明,阳离子木素SL-EPTAC的加入使高岭土颗粒发生了絮聚现象。


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