纖維素的RAFT接枝共聚改性及其在造紙中的應用.pdf

1、造紙中填料使用量的增加以及人們對紙張強度要求的提高，使得高效增強劑的開發(fā)一直是研究工作的重點之一。而化工產(chǎn)品所依賴的煤、石油、天然氣等不可再生資源的儲量已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要。因此，天然有機高分子化合物如纖維素、半纖維素、木素、蛋白質(zhì)等的開發(fā)、研究和應用引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。其中，纖維素具有儲量豐富、可降解再生、對環(huán)境無污染、易衍生化等優(yōu)勢。以纖維素為骨架制備接枝共聚物作為造紙增強劑可為纖維素的高值化應用開辟新的途徑。

2、>　　本論文以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[Bmim]Cl）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為反應介質(zhì)，研究了棉漿纖維素與陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）和丙烯酰胺（AM）的均相可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基（RAFT）接枝共聚，并將陽離子接枝產(chǎn)物用作造紙增強劑。
　　首先，棉漿溶解漿與酰化試劑2-氯-2-苯基乙酰氯（CPAC）在[Bmim]Cl/DMF中發(fā)生均相?；磻铣衫w維素基大分子引發(fā)劑（Cell-C

3、PAC），并通過FT-IR、1H NMR和13C NMR對其進行了表征。研究了反應時間、反應溫度、CPAC與葡萄糖單元（AGU）的摩爾比、纖維素濃度以及縛酸劑種類對Cell-CPAC取代度的影響，并分析了AGU上三個羥基反應活性的差異。結(jié)果表明，在反應時間為24 h、反應溫度為35℃、CPAC與AGU的摩爾比為6:1、纖維素濃度為3％、吡啶為縛酸劑的條件下，Cell-CPAC的取代度最高，為1.114。另外，AGU上三個羥基的反應活性順

4、序為C6>C3>C2，并且纖維素與CPAC的酰化反應降低了纖維素的熱穩(wěn)定性。
　　在DMF中，Cell-CPAC與二硫代苯甲酸（DTBA）發(fā)生取代反應，合成了纖維素基大分子鏈轉(zhuǎn)移劑（Cell-CTA），并通過FT-IR和元素分析對其進行了表征。研究了反應時間、反應溫度、DTBA與Cell-CPAC的摩爾比、Cell-CPAC的濃度以及縛酸劑種類對Cell-CTA取代度的影響。結(jié)果表明，合成Cell-CTA的最佳反應條件為：反應溫度

5、為40oC、反應時間為24 h、DTBA與Cell-CPAC的摩爾比為3:1、吡啶為縛酸劑、Cell-CPAC的濃度為1%。此時，Cell-CTA的取代度為1.071。另外，Cell-CPAC與DTBA的反應降低了Cell-CPAC的熱穩(wěn)定性。
　　在均相反應體系[Bmim]Cl/DMF中，單體DMC和AM在偶氮二異丁腈（AIBN）的引發(fā)下被接枝到 Cell-CTA上，合成了纖維素基陽離子接枝共聚物（Cell-g-DMC-AM），

6、并通過FT-IR和1H NMR對其進行了表征。研究了反應溫度、反應時間、Cell-CTA與AIBN的摩爾比、單體用量等對單體轉(zhuǎn)化率以及Cell-g-DMC-AM的特性粘度、陽電荷密度、Zeta電位的影響。結(jié)果表明，最佳的反應條件為：Cell-CTA與AIBN的摩爾比為1:0.4、反應溫度為60oC、反應時間為36 h時。熱重分析表明，Cell-g-DMC-AM的熱降解分為兩個階段，進一步證明了接枝聚合反應的成功。
　　將Cell-

7、g-DMC-AM應用于楊木堿性過氧化氫機械漿（APMP）中，研究了其對APMP的增強作用。探討了反應溫度、反應時間、Cell-g-DMC-AM用量、漿料體系的pH和剪切力對增強效果的影響，并對紙張進行了XRD和SEM分析。結(jié)果表明，Cell-g-DMC-AM可顯著提高紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和纖維間的結(jié)合強度，但對纖維本身強度影響不大。Cell-g-DMC-AM作為APMP的陽離子增強劑的最佳條件為：體系溫度40℃、作用時間10 min