基于层层沉积技术的纸浆纤维表面工程研究

论文摘要

层层沉积技术是近年来发展起来的一种分子自组装技术,其在造纸领域中的应用已引起科技工件者广泛关注。论文主要研究了聚合电解质在纸浆纤维表面沉积行为的影响因素及其纸页强度性能的影响,探索了该技术在造纸领域中的应用前景。论文首先采用胶体滴定技术和纸浆Zeta电位测定方法分别研究了纸浆纤维表面阳离子聚合电解质和阴离子聚合电解质交替沉积过程中的影响因素。主要包括纸浆打浆度、纤维组分、阳离子聚电解质加入量、阴离子聚电解质种类、纸浆pH等。结果表明,纸浆打浆度只是影响纤维表面聚电解质的饱和吸附量;聚合电解质在细小纤维表面上的吸附量大于长纤维的;纸浆pH的下降会引起纤维表面上的阳离子聚电解质部分脱落。然后,研究了PA-PAA和PA-硅酸铝交替沉积对纸页性能的影响。实验结果证明,交替沉积后纸页的机械性能除撕裂指数外均有大幅度提高。PA-PAA在7层沉积后,裂断长提高了70%,耐破指数提高了一倍,但撕裂指数下降,说明交替沉积后纸页纤维间结合力升高;PA-硅酸铝交替沉积后纸页的白度略有下降,不透明度有所提高,而纸页强度没有大幅下降,另外其吸收性随沉积层数的增加呈波浪式降低,奇数层比偶数层高。为了探究交替沉积后聚电解质在纤维表面的分布情况,论文利用激光共聚焦扫描显微镜观察交替沉积后纤维表面的形貌。聚合电解质可以吸附在纤维上并形成一定厚度的薄膜。最后研究了基于层层沉积技术的分别应用于漂白硫酸盐浆和旧瓦楞纸浆的PAE/海藻酸钠二元增强系统和PAE-CMC二元增强系统。实验结果证明,在相同用量的条件下,PAE/海藻酸钠二元增强系统的增强效果明显优于单独使用其中任何一种增强剂,其中抗张强度与原强度相比增加了77.9%,耐折次数提高了10倍以上,而耐破度也增加1倍。PAE-CMC二元增加系统以不同的方式加入PAE和CMC,实验发现,无论是PAE和CMC相继加入,还是PAE和CMC同时加入,或是PAE与CMC预混合形成聚电解质复合物后加入,其对OCC浆均有增强作用。这两种增强系统对纸页紧度均没有明显影响。总之,聚合电解质在纸浆纤维表面交替沉积可以提高纤维间的结合强度,从而能够大幅提高纸页的机械性能,这和交替沉积前后纤维表面变化密切相关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 纸张强度
• 1.2 增强剂
• 1.2.1 阳离子聚电解质
• 1.2.2 阴离子聚电解质
• 1.2.3 聚电解质复合物
• 1.2.4 两性聚合物
• 1.3 层层沉积技术在造纸中的应用
• 1.3.1 层层沉积技术原理
• 1.3.2 聚电解质在纸浆纤维表面多层膜组装的主要影响因素
• 1.3.3 层层沉积技术在造纸中应用研究现状
• 1.4 激光共聚焦扫描显微镜技术在制浆造纸研究中的应用
• 1.4.1 LSCM工作原理
• 1.4.2 LCSM在制浆造纸研究中的应用
• 1.5 本论文的研究内容及目的
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料及处理
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 纸浆纤维表面聚合电解质交替沉积方法
• 2.2.2 Zeta电位及电导率的测定
• 2.2.3 聚合电解质吸附量测定
• 2.2.4 RAE-CMC聚电解质复合物的制备
• 2.2.5 预混合溶液粒径和 Zeta电位的测定
• 2.2.6 预混合溶液悬浮液浊度的测定
• 2.2.7 纸浆性能测试
• 2.2.8 改性纤维形态的观察
• 3 结果与讨论
• 3.1 纸浆纤维表面聚电解质交替沉积特性及其影响因素
• 3.1.1 阳离子聚合电解质在纤维表面的吸附特性
• 3.1.2 阴离子聚合电解质的吸附特性
• 3.2 纤维表面聚电解质交替沉积对纸页性能的影响
• 3.2.1 纸浆纤维上 PA-PAA交替沉积
• 3.2.2 纸浆纤维上 PA-硅酸铝交替沉积
• 3.2.3 小结
• 3.3 交替沉积后纤维表面聚电解质分布状况的表征
• 3.4 纸页二元增强系统
• 3.4.1 应用于 BSKP的PAE-SA二元增强系统
• 3.4.2 应用于旧瓦楞纸（OCC）再生浆的PAE-CMC二元增强系统
• 3.4.3 小结
• 4 结论
• 4.1 本论文主要结论
• 4.2 本论文的创新之处
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 8 致谢