AKD施胶机理及纤维抗水性能的研究

论文摘要

当今造纸工业中广泛应用的施胶条件是中碱性施胶,以阳离子淀粉作为乳化剂的淀粉型烷基烯酮二聚体（AKD）乳液施胶剂是国内外普遍采用的一种中碱性浆内施胶剂。阳离子淀粉是由含有氨基、亚氨基、铵、锍或膦等阳离子化试剂在碱性条件下与淀粉反应而制得。造纸工业中主要应用的是3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHPTMA）作为醚化剂。本论文主要通过用新型的制备工艺制备出具有高取代度低粘度的阳离子淀粉乳化剂,用模拟底物模拟植物纤维,对AKD在浆料中可能发生的反应进行了探讨,通过AKD与造纸工业中常用的聚糖类物质进行共混反应,从浆内施胶的角度对纤维抗水性能进行了初步研究。首先,以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为醚化剂,用半干法制备出高取代度阳离子淀粉,考察了影响阳离子淀粉取代度和反应效率的主要因素,得出最佳反应条件为:阳离子醚化剂用量为绝干淀粉的45%,碱催化剂的用量为绝干淀粉质量的14%,体系含水量25%,体系反应温度为60℃,反应时间3.5h。得到阳离子淀粉的取代度为0.3550,反应效率高达91.43%。其次,用新型的微波加热方式,不改变反应原料的基础上,通过改进制备工艺,制备了取代度高达0.3906反应效率85.53%的高取代度低粘度阳离子淀粉。微波法的最佳工艺条件为:阳离子醚化剂用量、碱用量、乙醇用量分别占绝干淀粉质量的的53%、14%和30%,体系含水率为18.5%,反应温度60℃,反应时间3小时。与烘箱加热方法对影响阳离子淀粉取代度和反应效率的各因素进行对比,证明微波加热方式的生产效率较高,制备的淀粉乳化AKD后用于浆内施胶,探讨了不同取代度对施胶效果的影响,与市售AKD乳液的性能及浆内施胶效果进行了对比。然后,为了探索研究AKD在造纸过程中同植物纤维原料可能发生的反应,创新性的选用小分子的醇类化合物,作为模拟底物模拟纤维素大分子结构,利用均相反应易于控制反应条件的优势,对AKD在纤维上产生抗水性的机理进行了初步的探讨。最后,研究了大分子聚糖类物质同AKD共混反应产物经浆内施胶后在纸页上产生的抗水性,同聚糖类大分子物质在造纸工业中的常规用法进行了比较,对大分子多羟基化合物在AKD施胶过程中产生的影响进行了研究,进一步探讨了AKD施胶机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 造纸湿部化学及施胶的概述
• 1.1.1 造纸湿部化学的定义
• 1.1.2 造纸湿部化学的反应
• 1.1.3 造纸湿部化学品分类及发展趋势
• 1.1.4 我国造纸湿部化学品行业的发展
• 1.1.5 施胶的定义
• 1.1.6 浆内施胶剂的发展
• 1.2 烷基烯酮二聚体（AKD）
• 1.2.1 AKD 的发展概况
• 1.2.2 AKD 的性质
• 1.2.3 AKD 的合成
• 1.2.4 AKD 在浆内施胶中的应用
• 1.3 聚糖类物质
• 1.3.1 阳离子淀粉
• 1.3.1.1 阳离子淀粉在造纸工业中的应用
• 1.3.1.2 阳离子淀粉的制备方法
• 1.3.2 壳聚糖
• 1.3.3 阳离子瓜尔胶
• 1.4 当前AKD 施胶及纤维产生抗水性理论的研究进展
• 1.5 本课题的研究目的和主要内容
• 2 高取代度阳离子淀粉的半干法制备工艺优化
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料及设备
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 阳离子淀粉的合成中发生的反应
• 2.3.2 用烘箱加热方式制备半干法低粘度高取代度阳离子淀粉
• 2.3.3 微波加热制备半干法低粘度高取代度阳离子淀粉
• 2.3.4 AKD 乳液的制备
• 2.3.5 纸页的抄造
• 2.3.5.1 浆料中水分的测定
• 2.3.5.2 打浆和磨浆
• 2.3.5.3 自制手抄片
• 2.4 性能检测
• 2.4.1 半干法低粘度高取代度阳离子淀粉取代度测定
• 2.4.2 AKD 乳液性能表征
• 2.4.2.1 乳液储存稳定性及机械稳定性测定
• 2.4.2.2 乳液粒径和Zeta 电位测定
• 2.4.2.3 AKD 乳液粘度及pH 值测定
• 2.4.3 纸页施胶度的测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 用烘箱加热方式制备阳离子淀粉
• 2.5.1.1 醚化剂用量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.1.2 碱用量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.1.3 体系含水量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.1.4 反应时间对取代度和反应效率的影响
• 2.5.1.5 反应温度对取代度和反应效率的影响
• 2.5.1.6 糊化抑制剂的加入对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2 微波半干法阳离子淀粉的制备
• 2.5.2.1 醚化剂用量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2.2 碱用量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2.3 体系含水量对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2.4 反应时间对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2.5 反应温度对取代度和反应效率的影响
• 2.5.2.6 乙醇用量对取代度和反应效率的影响
• 2.6 AKD 乳液施胶性能
• 2.6.1 乳化剂的取代度对AKD 乳液施胶性能的影响
• 2.6.2 乳化剂的用量对AKD 乳液施胶性能的影响
• 2.7 自制AKD 乳化剂同市售AKD 乳化剂性能对比
• 2.7.1 施胶性能对比
• 2.7.2 乳液性能对比
• 2.8 本章小结
• 3 AKD 同植物纤维模拟底物反应性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料及设备
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 AKD 的水解
• 3.3.2 AKD 同三种模拟底物在中性条件下的反应
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 AKD 蜡片的红外光谱图
• 3.4.2 AKD 活性官能团的红外光谱分析
• 3.4.3 AKD 同三种模拟底物反应活性的红外光谱分析
• 3.5 本章小结
• 4 AKD 施胶机理探究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料及设备
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 AKD 改性聚糖的制备
• 4.3.1.1 无催化剂条件下AKD 改性壳聚糖的制备
• 4.3.1.2 催化剂条件下AKD 改性壳聚糖的制备
• 4.3.1.3 AKD 改性阳离子淀粉及改性阳离子瓜尔胶的制备
• 4.3.2 AKD 改性聚糖乳液的制备
• 4.3.2.1 AKD 改性壳聚糖乳液的制备
• 4.3.2.2 AKD 改性阳离子淀粉乳液的制备
• 4.3.2.3 AKD 改性阳离子瓜尔胶乳液的制备
• 4.3.3 未改性聚糖乳液的制备
• 4.3.3.1 未改性壳聚糖乳液的制备
• 4.3.3.2 未改性阳离子淀粉乳液的制备
• 4.3.3.3 未改性阳离子瓜尔胶乳液的制备
• 4.3.4 纸样抄造
• 4.4 性能测定
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 不同催化剂用量下温度对AKD 改性壳聚糖施胶性能的影响
• 4.5.2 AKD 改性聚糖类施胶剂在纸页中的施胶性能测定
• 4.5.2.1 AKD 改性壳聚糖施胶剂在纸页中的施胶性能
• 4.5.2.2 AKD 改性阳离子淀粉施胶剂在纸页中的施胶性能
• 4.5.2.3 AKD 改性阳离子瓜尔胶施胶剂在纸页中的施胶性能
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 本论文主要结论
• 5.2 本论文的创新之处
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢