纖維素的RAFT接枝共聚改性及其在造紙中的應(yīng)用.pdf

1、造紙中填料使用量的增加以及人們對(duì)紙張強(qiáng)度要求的提高，使得高效增強(qiáng)劑的開發(fā)一直是研究工作的重點(diǎn)之一。而化工產(chǎn)品所依賴的煤、石油、天然氣等不可再生資源的儲(chǔ)量已經(jīng)不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此，天然有機(jī)高分子化合物如纖維素、半纖維素、木素、蛋白質(zhì)等的開發(fā)、研究和應(yīng)用引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。其中，纖維素具有儲(chǔ)量豐富、可降解再生、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、易衍生化等優(yōu)勢(shì)。以纖維素為骨架制備接枝共聚物作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑可為纖維素的高值化應(yīng)用開辟新的途徑。

2、>　　本論文以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[Bmim]Cl）和N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為反應(yīng)介質(zhì)，研究了棉漿纖維素與陽(yáng)離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）和丙烯酰胺（AM）的均相可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基（RAFT）接枝共聚，并將陽(yáng)離子接枝產(chǎn)物用作造紙?jiān)鰪?qiáng)劑。
　　首先，棉漿溶解漿與?；噭?-氯-2-苯基乙酰氯（CPAC）在[Bmim]Cl/DMF中發(fā)生均相?；磻?yīng)，合成纖維素基大分子引發(fā)劑（Cell-C

3、PAC），并通過(guò)FT-IR、1H NMR和13C NMR對(duì)其進(jìn)行了表征。研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、CPAC與葡萄糖單元（AGU）的摩爾比、纖維素濃度以及縛酸劑種類對(duì)Cell-CPAC取代度的影響，并分析了AGU上三個(gè)羥基反應(yīng)活性的差異。結(jié)果表明，在反應(yīng)時(shí)間為24 h、反應(yīng)溫度為35℃、CPAC與AGU的摩爾比為6:1、纖維素濃度為3％、吡啶為縛酸劑的條件下，Cell-CPAC的取代度最高，為1.114。另外，AGU上三個(gè)羥基的反應(yīng)活性順

4、序?yàn)镃6>C3>C2，并且纖維素與CPAC的?；磻?yīng)降低了纖維素的熱穩(wěn)定性。
　　在DMF中，Cell-CPAC與二硫代苯甲酸（DTBA）發(fā)生取代反應(yīng)，合成了纖維素基大分子鏈轉(zhuǎn)移劑（Cell-CTA），并通過(guò)FT-IR和元素分析對(duì)其進(jìn)行了表征。研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、DTBA與Cell-CPAC的摩爾比、Cell-CPAC的濃度以及縛酸劑種類對(duì)Cell-CTA取代度的影響。結(jié)果表明，合成Cell-CTA的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度

5、為40oC、反應(yīng)時(shí)間為24 h、DTBA與Cell-CPAC的摩爾比為3:1、吡啶為縛酸劑、Cell-CPAC的濃度為1%。此時(shí)，Cell-CTA的取代度為1.071。另外，Cell-CPAC與DTBA的反應(yīng)降低了Cell-CPAC的熱穩(wěn)定性。
　　在均相反應(yīng)體系[Bmim]Cl/DMF中，單體DMC和AM在偶氮二異丁腈（AIBN）的引發(fā)下被接枝到 Cell-CTA上，合成了纖維素基陽(yáng)離子接枝共聚物（Cell-g-DMC-AM），

6、并通過(guò)FT-IR和1H NMR對(duì)其進(jìn)行了表征。研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、Cell-CTA與AIBN的摩爾比、單體用量等對(duì)單體轉(zhuǎn)化率以及Cell-g-DMC-AM的特性粘度、陽(yáng)電荷密度、Zeta電位的影響。結(jié)果表明，最佳的反應(yīng)條件為：Cell-CTA與AIBN的摩爾比為1:0.4、反應(yīng)溫度為60oC、反應(yīng)時(shí)間為36 h時(shí)。熱重分析表明，Cell-g-DMC-AM的熱降解分為兩個(gè)階段，進(jìn)一步證明了接枝聚合反應(yīng)的成功。
　　將Cell-

7、g-DMC-AM應(yīng)用于楊木堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿（APMP）中，研究了其對(duì)APMP的增強(qiáng)作用。探討了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、Cell-g-DMC-AM用量、漿料體系的pH和剪切力對(duì)增強(qiáng)效果的影響，并對(duì)紙張進(jìn)行了XRD和SEM分析。結(jié)果表明，Cell-g-DMC-AM可顯著提高紙張的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)和纖維間的結(jié)合強(qiáng)度，但對(duì)纖維本身強(qiáng)度影響不大。Cell-g-DMC-AM作為APMP的陽(yáng)離子增強(qiáng)劑的最佳條件為：體系溫度40℃、作用時(shí)間10 min