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羟丙基壳聚糖制备及其作为中性造纸助剂的应用

唐新峰  
【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,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强烈作用的高分子有机助剂,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。通过对壳聚糖改性,制备了一系列不同取代度和粘度的羟丙基壳聚糖,研究了它作为中性造纸助剂在纸张增强、表面施胶、助留助滤等方面的应用。主要研究内容和结论如下: (1)羟丙基壳聚糖(HPCS)的制备,表征及其理化性质:考察反应温度、反应时间、原料配比、催化条件、反应介质等对羟丙基壳聚糖特性的影响。结果显示,制备羟丙基壳聚糖的最佳实验条件是:壳聚糖:氢氧化钠:环氧丙烷(质量比)为1:1:15,NaOH的质量百分比浓度为40%左右,壳聚糖低温碱化处理24h以上,反应温度45℃,反应时间7—9小时。并在此基础上得到合适粘度和取代度的羟丙基壳聚糖产品。通过IR光谱图对不同取代度的产物进行了表征。羟丙基壳聚糖具有一定的吸湿保湿的性能,取代度越高,吸湿保湿性能越好。这是由于空间位阻效应大的基团的引入,使壳聚糖结构的规整性受到破坏,有利于水分子的接近,与其分子中的亲水性基团—OH和—NH_2等形成分子间氢键。 (2)羟丙基壳聚糖作为中性造纸助剂的增强作用与助滤性能:中性造纸是用碳酸钙作为造纸填料替代了过去常用的松香胶—硫酸铝,使造纸方法由酸性环境改为中性环境,它是造纸发展的趋势。羟丙基壳聚糖作为造纸湿部添加剂,考察不同助剂量在中、碱性条件下对成纸强度的影响。羟丙基础壳聚糖、羟丙基淀粉和浆料作用下的抗张指数较空白分别提高了24.5%和12.7%。羟丙基壳聚糖更大程度上提高了纸张的相关物理性能。对手抄片进行SEM和红外光谱分析,探讨了其作用机理,发现羟丙基壳聚糖能够有助于形成更多的氢键结合。同时发现,当羟丙基壳聚糖剂量为7mg/g时,浆料的滤水性能提高约19.7%。这是由于羟丙基壳聚糖能够吸附在纤维表面,特别是细小纤维粒子上,诱导纤维、细小纤维絮聚,其结果是导致纤维底物的极性下降,水化作用减小,脱水能力的加强,此外由于絮聚物的生成,细小


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