改性膠原蛋白表面施膠劑的合成及應(yīng)用研究.pdf

1、我國是制革大國，已成為世界制革工業(yè)的中心。制革過程中，原皮轉(zhuǎn)化為皮革的產(chǎn)率較低，僅為原皮的30％，會(huì)有大量的廢棄物產(chǎn)生。我國年投產(chǎn)1.7億張皮，每年將有140萬噸的廢棄物產(chǎn)生，這些固體廢棄物由于缺乏有效的利用手段，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的危害，同時(shí)也是一種資源的浪費(fèi)。造紙施膠劑具有用量大、范圍廣的特點(diǎn)，尤其是瓦楞原紙的年產(chǎn)量為2000萬噸左右，大多數(shù)瓦楞原紙需要施膠后才能達(dá)到使用性能，對(duì)施膠劑的用量需求很大。本文以皮革廢棄物中提取的水解膠原蛋

2、白為原料，以苯乙烯和丙烯酸丁酯為改性單體，采用乳液聚合方法對(duì)其進(jìn)行改性，合成一種適用于造紙的表面施膠劑，并對(duì)其施膠工藝進(jìn)行優(yōu)化。
　　研究中采用的水解膠原蛋白取自工廠，總共有8種不同分子量的膠原蛋白。實(shí)驗(yàn)前期需選擇哪種分子量的膠原蛋白適合改性，因此對(duì)不同分子量、不同條件下的膠原蛋白的功能特性進(jìn)行了研究，包括其溶液pH值、電導(dǎo)率、溶解性以及乳化性等。結(jié)果表明：分子量為7000 Da的膠原蛋白的溶解性、乳化性、乳化活性均要比其它分子量

3、的膠原蛋白的相關(guān)性能要好。
　　針對(duì)水解膠原蛋白的分子粒徑分布較寬，對(duì)合成施膠劑乳液的有影響，本文選用超聲波法優(yōu)化水解膠原蛋白粒徑，并探究了使得膠原蛋白的粒徑呈現(xiàn)正態(tài)分布的最佳超聲條件；本文還對(duì)超聲處理前后膠原蛋白的結(jié)構(gòu)采用FTIR、TG、XRD等手段進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明：當(dāng)超聲時(shí)間為10min、超聲功率為360W時(shí)，水解膠原蛋白的粒徑呈現(xiàn)正態(tài)分布，且平均粒徑較小。水解膠原蛋白經(jīng)過超聲處理前后，其分子結(jié)構(gòu)并不改變。
　　以

4、水解膠原蛋白為原料，苯乙烯（ST）和丙烯酸丁酯（BA）為改性單體，對(duì)水解膠原蛋白進(jìn)行接枝改性，合成紙張的表面施膠劑。通過考察改性后膠原蛋白表面施膠劑的施膠性能，優(yōu)化出施膠劑的最佳合成條件為：膠原蛋白與單體質(zhì)量比為1:1.5，引發(fā)劑用量為單體的3.5%，單體中的苯乙烯和丙烯酸丁酯的比例為1:1，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)。進(jìn)一步優(yōu)化施膠劑的合成條件，結(jié)果表明，合成施膠劑時(shí)使用的水解膠原蛋白溶液的粒徑越小，合成的乳液粒徑越小，施膠后紙張力學(xué)性能和抗水

5、性能越高。水解膠原蛋白溶液本身的pH值對(duì)合成施膠劑施膠效果影響較大，總體呈現(xiàn)降低趨勢，綜合考慮， 在水解膠原蛋白改性過程中不用調(diào)節(jié)膠原蛋白溶液的pH值。膠原蛋白經(jīng)過改性后，在紅外圖譜中特定吸收峰強(qiáng)度的增加，并出現(xiàn)了C=O振動(dòng)峰，還出現(xiàn)的單取代苯環(huán)振動(dòng)峰；XRD分析表明改性后膠原蛋白的結(jié)晶度增加；STA圖譜中改性膠原蛋白出現(xiàn)了第二個(gè)平臺(tái)；以上結(jié)果都說明了膠原蛋白和改性膠原蛋白的確發(fā)生了接枝反應(yīng)。
　　在第五章本文對(duì)改性水解

6、膠原蛋白乳液的施膠性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并優(yōu)化了施膠工藝。結(jié)果表面：改性膠原蛋白乳液具有良好的施膠性，可以明顯改善紙張的力學(xué)性能，但由于自身含有親水基團(tuán)，抗水性較差。改性膠原蛋白乳液與苯丙乳液復(fù)配后對(duì)紙張表面進(jìn)行施膠，當(dāng)兩者質(zhì)量比為1:1時(shí)，與未施膠紙樣相比，紙張的抗張指數(shù)、環(huán)壓指數(shù)分別提高了63.4%和79.2%， Cobb60降至40g/m2。改性水解膠原蛋白乳液與AKD乳液復(fù)配施膠，兩者的比例為3：1時(shí)，紙張的環(huán)壓指數(shù)、抗張指數(shù)分

7、別提高了54.2%和47.7%，紙張Cobb60值則降為34.7g/m2。
　　改性水解膠原蛋白乳液、苯丙乳液以及淀粉三者復(fù)配施膠過程，當(dāng)三者的比例為6%:4%:90%時(shí)，施膠后紙張的力學(xué)性能和抗水性較好。各紙樣施膠后紙張的SEM形貌觀察結(jié)果表面，紙張的抗水性與其表面具有一定的關(guān)聯(lián)性。
　　研究中還采用了聚乙烯醇（PVA）與水解膠原蛋白進(jìn)行合成，借助PVA具有良好的降解性，擬合成一種可降解施膠劑。合成的同時(shí)，繼續(xù)采用苯乙烯和

8、丙烯酸丁酯單體。優(yōu)化出的最佳合成條件為：引發(fā)劑過硫酸鉀的用量為4%，丙烯酸丁酯與苯乙烯的最佳比值為1:3，PVA/(ST+BA)兩者的最優(yōu)應(yīng)該比例為1:5，膠原蛋白與總單體的質(zhì)量比為4:5，反應(yīng)時(shí)間為3.5h。將合成的四元共聚施膠劑進(jìn)行單獨(dú)施膠，比較其與苯丙乳液或者淀粉復(fù)配施膠的效果，其中合成的四元共聚施膠劑單獨(dú)施膠、四元共聚施膠劑與淀粉復(fù)配施膠的力學(xué)性能高，而四元共聚施膠劑與苯丙乳液復(fù)配施膠后紙張的抗水性要好。這結(jié)論與之前未使用PVA