长链烯基琥珀酸酐改性淀粉表面施胶剂的研究

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本课题采用烯基琥珀酸酐(ASA)在湿法条件下对淀粉进行改性,利用酯化反应将ASA接枝到淀粉上,在淀粉上引进疏水基团,合成新型的淀粉改性表面施胶剂。改性淀粉长链疏水基在纸张上向外排列,降低纤维表面能,提高纸的施胶性能,改性后产品可以直接糊化而施胶,不仅在浆内使用,而且可以作为表面施胶剂使用,具有明显的增强效果,改性后的表面施胶剂为固体,方便运输与储存。探讨了反应过程中反应温度、反应物比例、反应时间、催化剂对二甲氨基吡啶(DMAP)、施胶浓度对施胶效果的影响,确定了最佳合成工艺。并利用红外光谱分析仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、元素分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、表面张力仪、接触角测定仪对改性淀粉的结构与性能进行了分析。研究结果表明:a ASA改性MS-1淀粉(变性木薯淀粉)(1)ASA改性MS-1淀粉最佳合成工艺条件是:反应温度65℃,m(MS-1淀粉):m(ASA)=5:1,DMAP用量为MS-1淀粉量的4.5%,反应时间2h。(2)通过对MS-1淀粉与ASA改性MS-1淀粉的红外图谱(FT-IR)分析,证明了反应基团的存在。ASA改性MS-1淀粉的红外图谱在1569cm-1有吸收峰,而MS-1淀粉没有,证明在ASA改性MS-1淀粉中有酯羰基的存在,有酯化反应发生。(3)通过MS-1淀粉与ASA改性MS-1淀粉的X-射线衍射图谱(XRD)分析可知,改性前后淀粉的结晶结构没有发生改变,而结晶度发生了变化,MS-1淀粉的结晶度为40.30%,ASA改性MS-1淀粉的结晶度为26.76%。(4)测定最佳工艺制备的ASA改性MS-1淀粉的不同浓度溶液的表面张力,其临界胶束浓度(CMC)为13g/L,表明ASA改性MS-1淀粉溶液具有较低的表面张力,较高的表面活性,也说明有较好的疏水作用。(5)通过扫描电子显微镜(SEM)对MS-1淀粉、ASA改性MS-1淀粉、及其施胶前、后纸样的观察,MS-1淀粉表面光滑,而ASA改性MS-1淀粉表面有颗粒状物质;ASA改性MS-1淀粉的施胶前、后纸样的观察,原纸纤维之间编织较疏松,有较大空隙,施胶后的纸样纤维之间编织较致密,绝大部分空隙及纤维被施胶剂覆盖,纸张表面覆盖上一层较连续的膜,提高了纸张的疏水性。(6)当采用最佳合成工艺条件合成的ASA改性MS-1淀粉用于表面施胶时,当施胶浓度是5%时,可得最佳施胶度,其施胶度可达206s,接触角达133°。此时,施胶后纸样与原纸相比较,耐折度、抗张强度和环压指数都增加,而白度有所下降。b ASA改性AKD(烷基烯酮二聚体)专用淀粉(1)ASA改性AKD专用淀粉最佳合成工艺条件是:反应温度55℃,AKD专用淀粉:ASA=4:1,DMAP用量为AKD专用淀粉量的4.5%,反应时间2h。(2)通过对AKD专用淀粉与ASA改性AKD专用淀粉的红外图谱(FT-IR)分析,证明存在各反应基团。ASA改性AKD专用淀粉的红外图谱在1571cm-1有吸收,而AKD专用淀粉没有,证明在ASA改性AKD专用淀粉中有酯羰基的存在,表明新的官能团引入到AKD专用淀粉中,发生了酯化反应。(3)分析AKD专用淀粉与ASA改性AKD专用淀粉的X-射线衍射图(XRD)可知,改性前后淀粉的结晶结构没有发生改变,而结晶度发生了变化,AKD专用淀粉的结晶度为37.94%,ASA改性AKD专用淀粉的结晶度为35.66%。(4)测定最佳工艺制备的ASA改性AKD专用淀粉的不同浓度溶液的表面张力,其临界胶束浓度(CMC)为7g/L,表明ASA改性AKD专用淀粉溶液具有较低的表面张力,较高的表面活性,也说明有较好的疏水作用。(5)通过扫描电子显微镜(SEM)对AKD专用淀粉、ASA改性AKD专用淀粉及其施胶前、后纸样的观察,AKD专用淀粉表面光滑,而ASA改性AKD专用淀粉表面有颗粒状物质,原纸纤维之间编织较疏松,有较大空隙,施胶后的纸样纤维之间结合较致密,纸张表面覆盖上一层较连续的膜,提高了纸张的疏水性。(6)表面施胶应用实验表明,当采用最佳合成工艺条件合成的ASA改性AKD专用淀粉用于表面施胶时,当施胶浓度是5%时,可得最佳施胶度,其施胶度可达72s,接触角达127°。此时,施胶后纸样与原纸相比较,抗张强度、耐折度、环压指数都增加,而白度有所下降。
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