阳离子壳聚糖类接枝共聚物的合成及其在造纸上的应用

论文摘要

壳聚糖是甲壳素的部分脱乙酰基化产物,甲壳素广泛存在蟹、虾等低等动物以及藻类、真菌等低等植物中。其含量极其丰富,自然界每年产量可达10吨,是仅次于纤维素的第二大多糖。壳聚糖由于它具有独特的化学和生物特性,对其产品的开发研究己引起越来越多的国家和研究机构的重视。本文第一部分研究了羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（CTS-ETA）的合成及其结构表征。以壳聚糖为原料,在中性条件下使其与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵（ETA）发生醚化反应制备壳聚糖季铵盐,对醚化剂的用量、反应时间、醚化剂的质量分数、体系pH各影响因素进行分析,优选出最佳合成工艺;然后用红外光谱仪对合成的壳聚糖进行结构表征。本文第二部分将第一部分合成的CTS-ETA与丙烯酰胺单体进行接枝共聚,合成了CTS-ETA-g-AM接枝共聚物。在氮气保护下,用硝酸铈铵为引发剂,结果表明当反应温度为35℃,反应时间为4h时进行接枝共聚反应产物接枝率为29.5%,粘度大于57mpa·s。并通过红外和XRD进行结构表征。本文第三部分研究自制阳离子壳聚糖对纸张的增强、抗老化和抗菌的效果。使用不同取代度与浓度的CTS-ETA对纸样分别进行浆内添加和喷洒处理,测试其各项物理性能。研究结果表明:浆内只要添加0.2% o.d.p。代度为1.015的阳离子壳聚糖,纸张的抗张指数、耐折度、撕裂指数、耐破度分别提高15.7%、54%、12.8%、16.6%;经取代度为1.015,浓度为0.2%的溶液喷洒处理,纸张的抗张指数可以提高18.5%、耐折度提高29.7%、撕裂指数提高15.5%、耐破度提高18.8%;经过处理改善了纸张的耐老化性,但是对其白度及光泽度基本没有影响。将CTS-ETA对纸样进行浆内添加和表面喷洒处理,测试其抗菌性能。研究结果表明:用取代度为1.015,浆内添加0.25%的CTS-ETA,其对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性菌（大肠杆菌）的抗菌率可以达到73.2%和63.5%;经取代度为1.015,浓度为0.25%的CTS-ETA溶液喷洒处理纸张时,其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率可以达到100%和92.6%。证实CTS-ETA具有很好的抗菌性。本文最后一部分将合成的CTS-ETA-g-AM接枝共聚物应用于造纸的增强实验,实验表明:浆内加入0.3%就能对纸张的物理强度有很大的提高,可以分别使抗张、撕裂、耐破、耐折提高18.1%、6.9%、17.1%、56%。CTS-ETA-g-AM对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌也有很好的抗菌作用,用粘度为57mpa·s的产品只要浆内加入0.2%,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率可以达34.5%、68.8%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 壳聚糖的结构及性质
• 1.2.1 壳聚糖的结构
• 1.2.2 壳聚糖的性质
• 1.3 壳聚糖的改性国内外研究现状
• 1.3.1 季铵盐改性现状
• 1.3.2 壳聚糖双重改性的研究进展
• 1.4 壳聚糖及其衍生物在造纸上的应用现状
• 1.5 抗菌剂的研究现状
• 1.5.1 抗菌剂的分类
• 1.5.2 无机抗菌剂
• 1.5.3 有机抗菌剂
• 1.6 本课题的研究内容及任务
• 第二章 羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的合成
• 2.1 概述
• 2.2 反应原理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验原材料、仪器及其设备
• 2.3.2 壳聚糖季铵盐的制备
• 2.3.3 CTS-ETA 的精制
• 2.3.4 粘度的测定
• 2.3.5 CTS-ETA 取代度（DS）的测定
• 2.3.6 CTS-ETA 产率的计算
• 2.3.7 红外光谱分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 正交实验
• 2.4.1.1 正交实验设计
• 2.4.1.2 正交实验的因素及水平设置
• 2.4.1.3 CTS-ETA 正交实验的条件优化
• 2.4.2 单因素实验
• 2.4.2.1 醚化剂用量对反应取代度及产率的影响
• 2.4.2.2 反应时间对反应取代度及产率的影响
• 2.4.2.3 反应温度对反应取代度及产率的影响
• 2.4.2.4 ETA 溶液质量分数对反应取代度及产率的影响
• 2.4.2.5 反应体系酸碱度对反应取代度及产率的影响
• 2.4.3 产品的物理性能表征
• 2.4.4 产物的结构表征
• 2.5 小结
• 第三章 CTS-ETA-g-AM 接枝共聚物的制备
• 3.1 概述
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料和试剂
• 3.2.2 CTS-ETA-g-AM 接枝共聚物的合成
• 3.2.3 产品接枝率的计算
• 3.2.4 CTS-ETA-g-AM 粘度的测定
• 3.2.5 产品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 原料的取代度对反应接枝率及粘度的影响
• 3.3.2 反应温度对接枝共聚反应的接枝率及粘度的影响
• 3.3.3 反应时间对接枝共聚反应的接枝率及粘度的影响
• 3.3.4 产物的结构表征
• 3.4 小结
• 第四章 羟丙基三甲基氯化铵在造纸中的应用
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂与设备
• 4.2.2 纸张的抄造
• 4.2.2.1 浆内添加CTS-ETA 纸张的抄造
• 4.2.2.2 表面喷洒CTS-ETA 纸张的抄造
• 4.2.3 纸张物理性能的检测
• 4.2.4 纸张抗老化性的检测
• 4.2.5 纸张抗菌性能的检测
• 4.2.5.1 培养基及溶液的配制
• 4.2.5.2 抗菌测试步骤
• 4.2.5.3 菌落计数方法
• 4.2.5.4 抗菌评价标准
• 4.2.6 Zeta 电位的检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 CTS-ETA 对纸张的增强作用
• 4.3.1.1 浆内添加 CTS-ETA 对纸张的增强效果
• 4.3.1.2 季铵化壳聚糖的添加对浆料 Zeta 电位的影响
• 4.3.1.3 表面喷洒 CTS-ETA 对纸张的增强效果影响
• 4.3.1.4 表面喷洒 CTS-ETA 后纸张的扫描电镜（SEM）分析
• 4.3.2 CTS-ETA 对纸张的抗老化作用
• 4.3.2.1 浆内添加 CTS-ETA 对纸张的抗老化作用
• 4.3.2.2 喷洒 CTS-ETA 对纸张的抗老化作用
• 4.3.3 CTS-ETA 对纸张的抗菌作用
• 4.3.3.1 浆内添加 CTS-ETA 对纸张的抗菌作用
• 4.3.3.2 喷洒 CTS-ETA 对纸张的抗菌作用
• 4.4 小结
• 第五章 CTS-ETA-g-AM 接枝共聚物在造纸中的应用
• 5.1 概述
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器和试剂
• 5.2.2 纸张的抄造
• 5.2.3 纸张性能的检测
• 5.2.4 纸张抗菌性能的检测
• 5.2.5 纸张助留助滤性能的检测
• 5.2.5.1 纸张的抄造
• 5.2.5.2 纸张灰分的测定
• 5.2.6 Zeta 电位分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 CTS-ETA-g-AM 对纸张的增强作用
• 5.3.2 CTS-ETA-g-AM 的添加对浆料 Zeta 的影响
• 5.3.3 CTS-ETA-g-AM 对纸张的助留助滤效果
• 5.3.4 CTS-ETA-g-AM 对纸张的抗菌效果
• 5.4 小结
• 第六章 总结
• 6.1 实验结论
• 6.2 本实验的特色
• 6.3 需要进一步研究之处
• 致谢
• 主要参考文献
• 硕士研究生学习期间发表的论文