PDF《羧甲基半纤维素的制备及其 与湿强剂 PAE 的联用》

研究 方向:植物纤维类生物 质转化绿色化学品. 收稿日期: 2018-09-28 (修改稿) 基金项目: 广州市科技计划项目 (201607020025) . *通信作者: 武书彬, 博士, 教授;

研究方向: 植物纤维类生物质 转化. ・ ・9 China Pulp &

Paper Vol. 38, No. 3,

2019 研究论文 以在纤维表面形成抗水性刚性层, 提高纸张湿强效果. 杨艳等人[5] 研究了聚酰胺多胺环氧氯丙烷/纳米晶体 纤维素 (PAE/NCC) 二元体系对不同浆料所抄造纸张的 增强效果, 讨论了 PAE/NCC 二元体系中 NCC的最佳用 量及加入方式.另外, 相关研究表明[6-12] , 聚糖基阴离 子助剂 (微晶纤维素 (MCC) 、 羧甲基纤维素 (CMC) 与PAE 联用) 均可一定程度地提高纸张的湿强度.但是 MCC 与NCC 的生产成本较高, 制备困难;

CMC 在添加 时也会严重影响成纸过程中的脱水效率, 造成 堵网 黏网 等现象, 严重损失了成纸品质, 这些问题限制了 其在实际工业生产过程中的应用及推广.因此, 市场 迫切需要一种价格低廉且不影响成纸品质的环保型绿 色湿强增效剂. 半纤维素属于天然绿色产物, 目前从阔叶木中提 取商品半纤维素的技术逐步成熟[13-14] , 商品半纤维素 的生产成本比较低, 其经过简单的化学改性后, 拥有较 低的水溶液黏度, 不会影响湿部的脱水效率, 且半纤维 素的反应均一性、 活性较好, 反应条件温和.本研究以 商品半纤维素为原料, 采用醚化法制备具有较高分子 质量的羧甲基半纤维素 (CMX) , 并将其与 PAE 联用以 提高纸张的湿抗张强度.探究了 CMX 的最佳制备工 艺条件以及CMX与PAE联用的应用效果.

1 实验1.

1 反应机理 半纤维素主要由五碳糖聚合而形成的支链高分子 化合物, 每一个糖单元游离的羟基在 NaOH 的碱性环 境中可以和一氯乙酸发生 SN2 双分子亲核取代反应, 该反应分为两个步骤. 第一步: 碱化反应 (见图 1) .半纤维素在 NaOH 的 碱性条件下糖单元的羟基碱化变成负氧离子, 提高了 亲核性, 另外, 碱性环境下半纤维素在反应溶剂中充分 润胀甚至溶解, 有益于醚化剂的渗透, 提高了后续反应 的效率和均一性. 第二步: 醚化反应 (见图 2) .半纤维素氧负离子 在碱性环境下, 从背面进攻一氯乙酸的 α-C, 发生 SN2 双分子亲核取代反应, 生成羧甲基半纤维素钠. 同时, 可能伴随着如下副反应: Cl―H2C―COOH + 2NaOH → HO―H2C―COONa + NaCl + H2O 因此, 较大的碱用量会促进副反应的发生, 需选择 合适的碱用量. 1.

2 实验方法 1. 2.

1 实验原料 商品半纤维素 (AXU) : 粉末状, 山东太阳纸业有 限公司;

湿强剂 PAE: 质量分数 12. 5%, 江门溢远助剂 科技有限公司;

乙醇: 质量分数 95%, 天津市富宇精细 化工有限公司;

无水乙醇、 异丙醇, 分析纯, 天津市富宇 精细化工有限公司;

氢氧化钠(NaOH)、 一氯乙酸(SMCA) , 分析纯, 天津市福晨化学试剂厂;

纸浆: 浓度 3%~4%, 取自广东省某造纸厂. 1. 2.

2 羧甲基半纤维素 (CMX) 的制备 称取5 g AXU分散在150 mL的乙醇或异丙醇溶液 中, 加入一定量质量分数 15% 的NaOH 溶液, 室温下进 行碱化反应一定时间后, 加入醚化剂 SMCA.待温度 升温至设定的醚化反应温度时进行醚化反应, 醚化反 应结束后, 过滤, 使用质量分数 95% 的乙醇反复冲洗 滤饼, 至滤液 pH 值6并检测无氯离子, 然后使用无水 乙醇再洗涤滤饼2次, 45℃干燥24 h, 粉碎, 得到CMX. 1. 2.