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中性抄纸取代酸性抄纸及其纸机车速的提高是造纸工业发展的必然趋势,使得开发低成本、高效能、环境友好性的增强剂迫在眉睫。明胶作为胶原蛋白的水解产物,除具有高分子聚合物的性质外,还有很好的生物可降解性和生物相容性。本文利用从皮革废弃物得到的胶原蛋白的水解产物-明胶为原料,通过接枝聚合反应对其进行化学改性。接枝聚合物即保留了明胶自身的特性,又从接枝链中获得了新的性能,作为纸张增强剂具有较好的效果。本文主要做了以下几方面的工作:
1.明胶通过先用马来酸酐酰化再与丙烯酸接枝共聚的方法合成了一系列阴离子改性明胶,探讨了反应条件对酰化产物和接枝产物的影响,并研究了接枝产物性能。实验所得的最佳反应条件为:(1)酰化反应:明胶浓度20%,马来酸酐用量7g/100-1g明胶,反应温度为40℃,反应pH值为9,反应时间为7小时:(2)酰化产物的接枝共聚反应:酰化明胶浓度为12%,丙烯酸与马来酸酐的摩尔比为4:1,引发剂用量为丙烯酸和马来酸酐质量总和的8%,接枝反应温度为70℃,反应pH值为7,反应时间为3小时。应用结果表明阴离子改性明胶对漂白麦草浆有很好的增强作用,而且制备方法简单、成本低。2.阳离子改性明胶增强剂是以过硫酸盐为引发剂,以明胶为接枝主链,以丙烯酰胺和DMC为接枝单体,通过接枝聚合反应制得。通过改变反应条件优化了合成产物,得到了最佳合成条件:温度为70℃~80℃,pH值8左右,时间为120min,总单体浓度为12.3%~15.0%,明胶/AM配比为2:3,AM/DMC配比为2:1~3:1。应用实验结果表明,接枝聚合物对木浆有很好的增强效果,对阴离子松香施胶剂有比较好的施胶增效作用,符合中碱性抄纸的要求。
3.为了改善明胶接枝物的储存稳定性,本文通过乳液聚合的方法合成了阳离子改性明胶乳液,得到了粒径均匀、稳定性好的乳液,并初步探讨了单体的加料方式及乳化剂的影响。接枝单体采用开始时一次性加料方式,乳化剂采用非离子型乳化剂和阳离子型乳化剂按1:3比例的复配物。应用实验表明,阳离子改性明胶乳液对木浆有很好的增强效果,纸页的裂断长、撕裂指数、耐破指数、耐折度等相应比空白样提高了24.6%、6.0%、18.5%和124%。
4.根据表面化学和湿部化学的基本理论,对合成物进行了性能表征,同时通过扫描电镜分析了加入助剂前后纸页纤维的变化情况,初步解释了其增强机理。