微波辅助纸浆纤维与MCETMAC接枝共聚改性的研究

摘要

经过接枝共聚改性的纤维不仅保留了原纤维的基本性能，还可赋予纸浆纤维一些新的性能，使纸浆纤维改性后在物理性质和化学性质方面都有较大改善。纸浆纤维的阳离子化改性既可以解决造纸湿部添加阳离子助剂所造成的白水封闭循环过程中盐类物质蓄积等问题，有助于提高造纸湿部的留着率、滤水性以及减轻阴离子垃圾干扰，同时可改善纸浆纤维的打浆性能，提高矿物填料在纸浆纤维中的分布均匀性以及提高纤维的柔韧性、热稳定性和成纸的物理强度等。传统的接枝共聚改性普遍存在着接枝反应效率较低、引发剂等原料的消耗量较大、改性过程能耗较高、反应时间较长等缺点，因此限制了该技术的工业化进程。将微波辐射应用于纸浆纤维的化学改性过程，可达到加快化学反应速率、提高反应产率和节省原料消耗的目的。与常规加热的化学接枝过程相比较，微波辐照条件下纸浆纤维进行接枝共聚改性，可以在提高接枝率和细小组分留着率的同时，在节约能耗、减少接枝过程废液的污染负荷方面也有着较大的优势。
　　 本文重点研究了微波辐射条件下纸浆纤维与甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（MCETMAC）进行接枝共聚改性的工艺过程，考察了影响反应的相关因素如单体用量、引发剂用量、交联剂用量、浆浓及微波辐照时间对接枝产物性能的影响，并对接枝共聚改性机理进行了初步探讨。
　　 对纸浆纤维发生接枝共聚反应的初步实验结果表明：在未加入引发剂和不加热的情况下，将单体和纤维混合并静置一段时间后所得改性产物（试样Ⅰ）与加入引发剂和微波辐射条件下进行接枝共聚改性得到的产物（试样Ⅱ）相比较，尽管试样Ⅰ的细小组分留着率和成纸的物理强度较空白样有所提高，但试样Ⅱ对应的细小组分留着率和成纸的物理强度较空白样发生了更加显著的提高，其中接枝率可达到19.35％，细小组分留着率较空白样提高了约8倍，成纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数分别提高了16.26％、10.79％、18.07％。
　　 采用两种阳离子单体进行接枝共聚改性的实验研究表明，在其它条件不变的情况下，与二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）相比，采用甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵（MCETMAC）可以在较少用量时就可达到较高的纤维接枝率和细小组分留着率，且在相同用量条件下采用MCETMAC与纤维进行接枝共聚改性反应所得产物的细小组分留着性能优于DMDAAC。
　　 由微波辅助条件下纸浆纤维与MCETMAC进行接枝共聚改性的单因素实验和正交实验研究得出：纸浆纤维与MCETMAC接枝共聚改性的最佳工艺条件为：交联剂与改性剂的质量比0.3，浆浓15％，微波功率320W，微波作用时间2min，引发剂用量0.4％，改性剂与纤维质量比为1.4。在以上条件下，反应接枝率、反应产物细小组分的留着率和成纸的物理强度均能达到较优值。与常规水浴加热法相比较，在所得纸浆纤维接枝产物接枝率基本相同的情况下，采用微波辅助可使纸浆纤维接枝共聚改性的反应时间缩短118min，得到的接枝产物粘度提高了38ml/g。
　　 纸浆纤维接枝共聚改性前后纤维强度性能的对比实验研究表明：与未改性纤维比较，接枝后纸张的抗张指数增加了11.6％，耐破指数提高了10.1％，撕裂指数上升了14.0％。由改性前后纸浆纤维的红外光谱图分析可以看出，接枝后纤维在2355.83cm-1和1728.46cm-1处出现了新的吸收峰，这是单体MCETMAC上R4NX和酯基的吸收谱带。对纸浆纤维接枝前后的扫描电镜（SEM）图分析得出，接枝共聚改性后纤维表面结构完整、光滑，表明纤维表面上覆盖了一层新的聚合物。纸浆纤维的热重.差示扫描（TG-DSC）热分析曲线分析表明，接枝共聚改性后纸浆纤维成纸的热稳定性得到改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2纤维素特性

1.2.1纤维素的可及度

1.2.2纤维素的反应性

1.3纤维素接枝反应

1.4纤维素接枝共聚反应基本类型

1.4.1游离基聚合

1.4.2离子型聚合

1.4.3缩合或加成反应聚合

1.5纤维接枝共聚引发方法

1.5.1化学引发接枝共聚方法

1.5.2辐射接枝共聚

1.6接枝共聚改性对纤维相关性能的影响

1.6.1接枝共聚改性对纸浆纤维滤水性能和填料留着性能的影响

1.6.2纤维接枝共聚改性对纤维物理强度的影响

1.6.3纸浆纤维接枝共聚改性对打浆性能的影响

1.6.4接枝共聚改性对纤维吸水性能的影响

1.7本课题研究目的和意义

1.8本课题研究内容

2纸浆纤维与单体发生接枝共聚反应的初步研究

2.1引言

2.2纸浆纤维阳离子化的方法

2.2.1直接阳离子化

2.2.2阳离子预聚物耦合纤维阳离子化

2.2.3纤维接枝共聚阳离子化

2.3决定单体聚合能力的因素

2.3.1单取代烯类单体

2.3.2双取代烯类单体

2.4纸浆纤维与单体发生接枝共聚反应的初步研究

2.4.1实验原料与仪器

2.4.2纤维原料的预处理

2.4.3纤维与改性剂MCETMAC的物理吸附实验

2.4.4纤维与改性剂接枝共聚改性实验

2.4.5纸浆纤维接枝率的测定

2.4.6纸浆纤维细小组分留着率的测定

2.4.7成纸物理强度的测定

2.4.8红外光谱测定

2.5结果讨论

2.5.1纤维发生化学接枝反应的初步验证

2.5.2两种阳离子单体的接枝反应对比研究

2.6本章小结

3纸浆纤维与MCETMAC接枝共聚改性工艺的研究

3.1引言

3.1.1 MCETMAC与纸浆纤维发生接枝共聚反应的原理

3.2实验部分

3.2.1实验原料与仪器

3.2.2纸浆纤维与改性剂MCETMAC的接枝共聚改性实验

3.2.3纸浆纤维接枝率的测定

3.2.4纸浆纤维细小组分留着率的测定

3.2.5纸浆纤维粘度的测定

3.3结果与讨论

3.3.1纸浆纤维与MCETMAC接枝共聚反应的单因素影响分析

3.3.2纸浆纤维与MCETMAC接枝共聚反应的正交实验

3.3.3纸浆纤维在微波环境中的接枝反应与常规反应的比较

3.4本章小结

4接枝共聚改性产物的性能与表征

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料与仪器

4.2.2纸张强度检测方法

4.2.3接枝产物结构表征

4.3结果与讨论

4.3.1纸浆纤维的MCETMAC接枝共聚改性对成纸性能的影响

4.3.2接枝共聚改性对纸浆纤维化学结构的影响

4.3.3接枝共聚改性前后纤维表面扫描电镜分析

4.3.4接枝共聚改性对纸浆纤维热稳定性的影响

4.4本章小结

5结论与建议

5.1结论

5.2建议与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录