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壳聚糖类造纸助剂的作用机理及其应用

时间:2014-12-15 16:10攀遧:未知阅读次数: 复制分享 我要评论

   随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,纸及纸制品的需求发生了明显的改变,特种纸、加工纸、高档纸供不应求,国家花费大量的外汇进口这类产品。为了改变这种状况,行之有效的方案之一是研制、开发相应的造纸化学品。当前广泛使用的造纸湿部助剂主要有合成高分子和天然高分子,前者虽然具有许多优势,如成本低、性能独特等,但基本上均为石油下游产品,而现存的石油资源短则数十年、长则一百年左右将会枯竭;而且这类合成高聚物绝大多数都不能生物降解,有的甚至有毒性,对生物、生态有不利的影响。显然,科学的发展观直接影响新型造纸助剂的开发领域。天然高聚物以其可再生、无毒、生物相容、环境友好、来源丰富,性能优良等特性,日趋受到人们的青睐,正逐步取代合成聚合物。 

  工业上常使用的天然高聚物主要有淀粉及其改性物、纤维素及其改性物、瓜尔胶及其改性物、蛋白质及改性物,但普遍存在着用量大、效果欠佳等不足,如淀粉作内部添加剂在纸张上留着性能差、易产生沉积等。而分子结构与纤维素极其相似、易改性的壳聚糖则早已被造纸化学品研究人员中的有识之士所关注。 

  近年来,国内外对甲壳素及其衍生物在造纸业中的开发利用的研究非常活跃;其中,日本的研究最广泛,包括纸张施胶、增强、助留助滤、整饰和造纸废水处理,以及以壳聚糖为主要组分抄造特种纸等,申请了大量的专利,并有许多成熟的工业产品问世。我国近期也有一些机构从事该项研究工作,主要集中在增强、助留助滤、特种纸上,发展势头良好。 

  为使读者了解这一方面的新近研究和发展方向,本文在总结前人工作的同时,结合笔者近期研究的结果,就壳聚糖及其衍生物在造纸工业上的各类应用及作用机理作一综述。 

  1 壳聚糖及其衍生物在造纸工业中的应用 

  壳聚糖及其衍生物能与纤维素强烈作用,是一种性能优良的造纸助剂,迄今发表的大量有关的研究报道及专利文献,几乎涉及到造纸工业的各个工序。 

  1.1 表面施胶剂或辅助施胶剂 

  草类纤维抄造出的纸张品质一般较差,壳聚糖强度高,成膜性好,与纤维素间的作用大,因而壳聚糖作草浆纤维纸张的表面施胶剂更有实际意义,可大幅度改善纸张性能。0.1~1g/m2壳聚糖涂布于成纸表面上,能提高纸张的表面强度、柔软性及印刷性能。加入N一烷基壳聚糖纤维于硫酸盐浆中,抄造出的纸张有高的撕裂度、耐折度。与松香胶相比较,壳聚糖作表面施胶剂时,有更高的干湿强度、耐破度、撕裂度,印刷性能、耐水性能及电绝缘性能。新闻纸、印刷纸、地图纸用、(氰乙基壳聚糖)=1%表面处理,在不影响光泽度的前提下,能提高裂断长、耐破度、耐折度等,而且适合于多种浆料所抄纸张,可作为半化学浆、亚硫酸盐浆、硫酸盐浆、棉纤维、亚麻纤维纸张的表面施胶剂。 

  壳聚糖与淀粉或聚乙烯醇共混,也可作为表面复合施胶剂使用,质量比为1:9~9:1,以10%的比例作纸张表面施胶剂,纸张的撕裂度和断裂长可提高 0.75~1倍;壳聚糖/氧化淀粉共混,对双面胶版纸、铜版纸、晒图纸、静电复印纸表面施胶,可明显提高纸张的力学性能、印刷适性、染色鲜艳性。 

  壳聚糖及其衍生物也可用于浆内施胶剂的增效。用烷基二烯酮(AKD)施胶时,在浆料中加入w[壳聚糖(醋酸或盐酸溶液)]=0.1%~0.4%,与环氧氯丙烷聚酰胺树脂(PAE)比较,能有效提高AKD的留着率、填料的留着率及施胶度。这是由于加入到浆料中,壳聚糖阳离子被吸附到阳性AKD乳胶的阴离子部位,使AKD乳粒带上了正电荷,可与带负电荷的纤维吸附,从而提高了AKD的留着率。