季铵型低取代度阳离子淀粉作为纸张干强剂的制备及应用

摘要

阳离子淀粉作为淀粉的一类重要衍生物，在造纸工业中得到了广泛的应用，其中季铵型阳离子淀粉，以其在中碱性条件下的良好应用性能，更是得到了广大造纸工作者和研究者的关注和重视。目前应用于造纸湿部的阳离子淀粉的取代度(DS)为0.01～0.07，属于低取代度阳离子淀粉。为了更好地利用淀粉这一可再生资源，使其满足现代造纸技术对造纸助剂高效、低成本的要求，论文采用湿法工艺对低取代度阳离子淀粉的制备及应用进行了研究。通过探讨各种影响因素，优化了合成工艺，总结出采用湿法工艺制备低取代度阳离子淀粉的一条稳定、高效的合成路线。同时将产品用作纸张干强剂，找到改善纸张强度性能最好的取代度。 论文第一部分研究了低取代度阳离子淀粉的制备。采用浆法制备工艺(湿法工艺的一种)，详细考察了反应温度、碱用量、反应时间等影响因素对反应的影响，初步确定了各反应因素与产品取代度的关系，同时找出了DS=0.05时的较好合成条件。通过改变醚化剂(3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵，CHPTMA)的用量，采用正交实验，优化出取代度为0.05、0.033、0.022及0.01的最佳合成条件。最终通过对比各取代度下的合成工艺条件，找出了采用浆法制备阳离子淀粉对生产工艺波动较小，产率较高的合成条件，即：反应温度55℃～60℃、反应时间6h～7h、用水量为淀粉质量的1.2倍、碱用量为醚化剂(CHPTMA)量的1.94～2.12倍。 论文第二部分研究了低取代度阳离子淀粉在造纸中的应用。分别探讨了阳离子淀粉在针叶浆、阔叶浆、未漂针叶浆及针叶浆和阔叶浆的混合浆中的应用效果。同时为了使产品能更好的满足实际使用要求，将阳离子淀粉应用于对纸张强度要求较高的纸袋纸之中。实验表明：自制阳离子淀粉对提高手抄纸强度性能效果较好，特别是当取代度为0.022时，其对改善纸页强度性能较其它取代度范围下的阳离子淀粉效果更好。初步得到了阳离子淀粉在纸张中较好的使用条件。通过进一步研究阳离子淀粉在纸袋纸中的应用效果，确定了阳离子淀粉对改善纸页物理强度最佳使用条件(能够保证纸页有良好的留着率，≥93％)，即：浆料pH值8.0～9.0、阳离子淀粉使用量1.0％～1.5％、阳离子淀粉与浆料作用时间10min、填料加入量≤15％。同时通过对比不同种类的淀粉在纸张中的使用效果，发现自制阳离子淀粉对改善纸张强度及留着方面的性能优于市售的阳离子淀粉、淀粉及未添加阳离子淀粉的纸张。 论文的第三部分主要研究了淀粉改性前后的产物结构特征及其在纸浆上的吸附和作用机理，用红外(IR)、扫描电镜(SEM)等仪器观察了淀粉及其衍生物的物理、化学变化，以及其与纤维问的相互作用，更深入的了解了阳离子淀粉与纤维的作用机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1造纸化学品与造纸业

1.2造纸化学品的分类及其发展趋势

1.2.1造纸化学品的分类

1.2.2造纸化学品的发展趋势

1.3湿部化学研究进展

1.3.1湿部化学定义

1.3.2湿部化学的基本原理

1.3.3造纸用高分子聚合物

1.3.4湿部化学的发展趋势

1.4干增强剂

1.4.1干增强剂的分类

1.4.2干增强剂的作用机理

1.4.3干增强剂的研究进展

1.5淀粉及阳离子淀粉

1.5.1淀粉

1.5.2阳离子淀粉的分类

1.5.3阳离子淀粉的概述及其国内外发展状况

1.5.4季铵型阳离子淀粉的应用

1.5.5季铵型阳离子淀粉的发展前景

1.6本研究的意义、目的及内容

2季铵型低取代度阳离子淀粉的制备

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器

2.2.3合成原理

2.2.4阳离子淀粉(CS)的分析方法

2.2.5阳离子淀粉的合成

2.3实验结果与讨论

2.3.1阳离子淀粉影响因素的考察

2.3.2正交优化实验

2.4成本核算

2.5小结

3阳离子淀粉应用的初探

3.1实验部分

3.1.1实验原料及药品

3.1.2实验仪器设备

3.1.3实验方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1不同取代度的阳离子淀粉的应用

3.2.2纸浆pH值对阳离子淀粉使用效果的影响

3.2.3阳离子淀粉添加量对纸张强度的影响

3.2.4不同淀粉助剂的应用性能对比

3.2.5填料用量对纸张强度的影响

3.2.6 CS与浆料作用时间对纸张强度的影响

3.3本章小结

4阳离子淀粉在纸袋纸中的应用研究

4.1实验部分

4.1.1实验原料及药品

4.1.2实验仪器及设备

4.1.3实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1阳离子淀粉取代度对纸袋纸纸张强度的影响

4.2.2纸浆pH值对阳离子淀粉使用效果的影响

4.2.3阳离子淀粉添加量对纸张强度的影响

4.2.4填料用量对阳离子淀粉使用效果的影响

4.2.5 CS与浆料作用时间对纸袋纸强度的影响

4.2.6淀粉类助剂对纸袋纸强度的影响

4.3本章小结

5阳离子淀粉的结构鉴定及其与纸料的作用机理

5.1实验部分

5.1.1实验原料

5.1.2实验仪器

5.1.3实验方法

5.2阳离子淀粉的结构

5.2.1阳离子淀粉的红外光谱解析

5.2.2阳离子淀粉(CS)的扫描电镜

5.3阳离子淀粉与纤维、填料的作用机理解析

5.3.1纸浆纤维扫描电镜(SEM)

5.3.2阳离子淀粉在纤维上的吸附

5.3.3阳离子淀粉与填料的作用

5.4本章小结

全文总结

结论

论文创新之处

本论文需继续研究的内容

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢