纸浆纤维TEMPO选择性催化氧化及对其成纸质量影响的研究

摘要

TEMPO-NaClO-NaBr催化氧化体系已经成为当前纸浆氧化改性的研究热点之一，国内外科研工作者为将其应用于实际工业生产中，开展了持续深入的研究。本文研究了TEMPO-NaClO-NaBr催化氧化体系氧化纸浆纤维的反应机理，以提高氧化纸浆成纸强度性能为研究目的，优化了氧化反应条件，分别研究了氧化后纸浆在抄纸过程中添加Al2(SO4)3对纸张成纸湿强度的影响和在氧化浆中添加PEG对纤维保水值的影响。 通过对漂白硫酸盐桉木浆纸浆氧化前后醛基和羧基含量的变化，研究了浆浓、温度、反应时间、pH、TEMPO、NaBr和NaClO用量等因素对纸浆氧化反应的影响，研究结果表明：纸浆纤维经氧化后在纤维素伯羟基上较高效率的导入了醛基和羧基，在抄纸过程中纤维间醛基和羧基形成羧醛结合达到增强纸页性能的目的。并得出了较佳的纸浆氧化处理条件为：浆浓5％、温度为40℃、pH=9.5、TEMPO为0.1mmol/g绝干浆、NaBr为0.4mmol/g绝干浆NaClO用量为0.4mmol/g绝干浆，反应时间15min。在优化条件下改性纸浆后，和对照浆相比，成纸干抗张强度提高25％左右，成纸湿抗张强度提高90％左右。同时耐破度可提高约37％，对撕裂度影响较小。同时研究结果表明，TEMPO催化氧化体系在氧化纸浆反应过程中，具有高度的选择性，同时由于天然纤维素的高结晶度，纸浆粘度变化幅度较低，有效的起到了避免了纤维的过度降解的作用，较大程度的保留了纤维本身的强度，避免了纸浆得率的降低。 通过对纸浆氧化前后的SEM扫描照片研究发现，碱性条件下的TEMPO催化氧化反应，可以去除纤维初生壁乃至部分次生壁的S1层。进一步提高了纤维外部细纤维化程度。 研究氧化纸浆在抄纸过程中添加Al2(SO4)3可以进一步有效提高手抄片的湿抗张强度。当氧化浆在抄纸过程中加入Al2(SO4)3时，湿抗张强度可进一步得到提高。当Al2(SO4)3用量在0～2％之间时，湿抗张强度测试的伸长率增加，因而湿抗张强度也得到提高。研究在氧化纸浆中添加PEG对纤维保水值的影响，试验结果显示，添加了分子量分别为3350和8000的PEG，发生交联反应后的，未经氧化浆料的保水值，分别增加了59.6％和22.6％；氧化浆料的保水值增加了18.1％和3.0％。 论文研究中考虑了TEMPO-NaClO-NaBr催化氧化体系实际应用到工业生产的实用性和可行性，其成果对科研工作者对纸浆氧化工艺和对不同原料纸浆纤维氧化进一步研究，以及对氧化纸浆与不同化学助剂复配使用效果的研究，提供了理论基础和参考价值。研究结果表明TEMPO-NaClO-NaBr催化氧化体系改性纸浆，具有较高的实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1当前造纸工业的主要问题

1.2纸浆纤维特性

1.2.1纤维素

1.2.2纸浆纤维化学特性和纤维间结合力

1.3纸浆纤维的改性方法的研究进展

1.3.1酶法改性

1.3.2多层聚电解质膜法

1.3.3浸渍处理改性

1.3.4阳离子改性纤维作为湿部添加剂

1.3.5空间基化纤维

1.3.6纤维素的氧化改性

1.4课题研究的内容和意义

1.4.1本课题研究的意义

1.4.2研究内容

2材料与方法

2.1纸浆

2.2试剂

2.3 PFI磨浆

2.4纸浆的催化氧化处理

2.5纸浆性能指标的测定

2.5.1纸浆保水值的测定

2.5.2纸浆粘度的测定

2.6抄片及纸页物理强度检测

2.6.1 抄片

2.6.2纸页物理强度性能检测

2.6.3伸长率

2.7氧化纸浆醛基含量的测定

2.8氧化纸浆羧基含量的测定

3 TEMPO-NaClO-NaBr选择性催化氧化改性纸浆纤维

3.1浆浓对纸浆纤维氧化的影响

3.2反应时间对纸浆纤维氧化的影响

3.3反应体系pH值对成纸物理强度的影响

3.4反应温度对成纸物理强度能的影响

3.5 TEMPO-NaClO-NaBr选择性氧化改性纸浆纤维机理及TEMPO和NaBr最佳用量的确定

3.5.1 TEMPO-NaClO-NaBr选择性催化氧化体系改性纸浆纤维的机理

3.5.2 TEMPO和NaOH用量的确定

3.6 NaClO用量纸浆氧化及成纸物理强度的影响

3.6.1 NaClO用量对纸浆氧化的影响

3.6.2 NaClO用量对氧化纸浆成纸物理强度性能的影响

3.6.3氧化纸浆提高成纸物理强度的机理

3.7氧化反应对纸浆粘度的影响

3.8扫描电镜图像(SEM)分析

3.9 小节

4 TEMPO催化氧化纸浆的初步应用研究

4.1氧化纸浆中添加Al2(SO4)3对成纸湿强性能的影响

4.1.1湿强剂发展现状

4.1.2 Al2(SO4)3添加剂

4.1.3氧化纸浆中添加Al2(SO4)3对成纸性能的影响

4.1.4小节

4.2在氧化纸浆中添加PEG对纸浆保水值的影响

5总结

5.1结论

5.2本文创新之处

5.3本论文今后需进一步研究的建议

致谢

参考文献

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