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纸是最早采用的包装材料之一,因其质轻、易于携带及运输、可回收利用及生物降解等特点已广泛应用于各行各业的产品包装,种类繁多,涵盖面广。但因为纸张纤维的亲水性和纸张多孔性的结构使其对水、气体等物质的阻隔性能较差,限制了它在某些包装领域的应用。为了满足环境友好及绿色包装的要求,可再生和可生物降解的天然生物聚合物阻隔性涂布逐渐代替浸渍加工、纸塑复合等方式成为纸张获得阻隔性的主要研究趋势。而壳聚糖(CTS)作为一种可再生和可生物降解的天然生物聚合物及其具有的无毒、抗菌、成膜等特性,可用于纸基包装材料涂布,与层状硅酸盐复合有望达到很好的阻隔性能。为了解决壳聚糖不能直接溶于水的问题,本文首先系统的研究了壳聚糖水溶性衍生物的制备。然后利用壳聚糖及其水溶性衍生物与蒙脱土的复合材料对纸张阻隔性涂布,探讨了阻水、阻气等性能;同时对比了壳聚糖/蒙脱土、壳聚糖水溶性衍生物/蒙脱土复合材料对阻隔性的影响。主要研究结果如下:1.分别以氯乙酸和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)为接枝改性剂,对壳聚糖进行羧甲基化或季铵化改性,以制得的羧甲基壳聚糖(CMC)和季铵盐壳聚糖(CTACTS)对蒙脱土的插层效果为基准,优化了它们的合成条件。得到制备CMC的优化条件为:反应时间6.0小时,反应温度60.0℃,m氯乙酸/mCTS为3.0,m NaOH/mCTS为4.5;制备CTACTS的优化条件为:反应时间10.0小时,反应温度75.0℃,mCTA/mCTS为4.5,mNaOH/mCTS为0.8。FT-IR和1H-NMR的结果表明壳聚糖中成功引入了羧甲基和季铵基团,且改性后的壳聚糖衍生物具有良好的水溶性。同时TEM也表征了壳聚糖及其衍生物与蒙脱土插层复合材料的结构特征。2.对CMC进行季铵化改性和CTACTS进行羧甲基化改性,以得到的两性壳聚糖对蒙脱土的插层效果为基准优化二次改性条件。得到对CMC进行季铵化改性的优化条件为:反应时间8.0小时,反应温度60.0℃,mCTA/mCMC为2.0,mNaOH/mCMC为0.4;对CTACTS进行羧甲基化改性的优化条件为:反应时间5.0h,反应温度50.0℃,m氯乙酸/mCTACTS为0.5,mNaOH/m CTACTS为0.34。FT-IR和1H-NMR的分析结果表明壳聚糖经羧甲基化-季铵化双重改性后制得到产品中既有羧甲基基团又有季铵盐基团,表现出两性特征。3.将壳聚糖及4种不同改性壳聚糖衍生物与蒙脱土混合制备插层复合材料,对纸张进行阻隔性涂布。由形貌图可以看出,涂布后纸张表面的孔隙一定程度上被复合涂料覆盖,变得更加平整。接触角及动态渗透分析的结果表明,经复合涂料涂布后,纸张的抗水性有所减弱,这主要由涂层本身的亲水性决定。根据纸张的透气度及水蒸气透过率的测试结果,涂布后纸张对于气体的阻隔性能均有一定程度的提高。综合以上分析结果,4种不同改性壳聚糖衍生物中,羧甲基壳聚糖/蒙脱土复合涂料涂布对纸张的阻隔性能比其他三种改性衍生物好,与壳聚糖/蒙脱土复合涂料涂布对纸张阻隔性的影响相当。因此可以用羧甲基壳聚糖来代替壳聚糖,达到同样阻隔效果的同时,还解决了壳聚糖不能直接溶于水的问题。