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壳聚糖类造纸湿部助留助滤剂的界面行为及应用研究

黎厚斌  
【摘要】:壳聚糖是地球上含量仅次于纤维素的第二大天然有机化合物,是唯一大量存在的碱性多糖。它富含氨基、羟基、乙酰氨基以及β(1→4)糖甙键,具有生物相容、无毒、抗菌、可生物降解等特性。其化学结构与纤维素非常相似,而且易衍生化成为与造纸湿部体系中的浆料底物、无机填料强烈作用的阳离子聚电解质,导致成纸的力学性能的提高及造纸工艺的优化,因此被期待为特具潜力的造纸湿部功能添加剂。本文概述了壳聚糖在造纸工业中的研究进展、发展动态及应用概况,并在前人工作的基础上,进一步在理论及应用两个层面上对壳聚糖及离子化壳聚糖分子参数与功能之间的构效关系进行了较为系统的研究。 本文制备了一系列的同质脱乙酰化的壳聚糖、水溶性壳聚糖(DD=50.2%)、N-(2-羟基三甲基丙基)氯化铵壳聚糖(C-CS)、羧甲基壳聚糖。利用GPC、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、荧光显微镜、苯酚/硫酸光谱、微电泳、光电子相关光谱(PCS)及动态助留助滤(DDJ)法,较为系统地研究了它们在硫酸盐苇浆悬浮物上的吸附、复合等表面现象及其与浆料主要成份(长纤维、微小纤维、可溶性碳水物及胶体状碳水物)间的界面作用机理。讨论了C-CS单元组分对天然碳酸钙填料、C-CS一纳米SiO_2二元复式控制系统对纤维素底物的絮凝与助留、助滤性能。同时也较为系统地考察了外界环境(离子强度、温度、剪切力、pH值)对上述单元、双元体系的吸附、絮凝的影响程度。初步得出了壳聚糖分子结构参数与功能间的构效关系,为壳聚糖应用于造纸工业提供了必要的基础性参数。实验发现:在与工业生产相匹配的剂量条件下,这些造纸湿部助剂在不同的纤维素体系(Unwashed pulp、Fines suspension、Washed pulp、微晶纤维素浆及碱处理浆)中能被长纤维,特别是细小纤维、胶体状碳水物表面吸附,导致一系列的物理化学变化的发生。主要研究内容和结论如下: 1.壳聚糖造纸湿部助剂的吸附与复合行为:将复杂的浆料体系分级处理,得到了5种不同表面物理化学性质的纤维素作用底物,分别研究了不同脱乙酰度的壳聚糖在这些纤维素底物界面上的吸附、絮凝、复合等界面行为。结果显示壳聚糖几乎完全吸附于纤维素纤维,特别是细小纤维、胶状碳水化合物的表面之上。这些吸附不仅与壳聚糖添加剂的本性(如脱乙酰度)有关,也受到纤维素底物的


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