论文部分内容阅读
纤维成本增加和纤维资源需求紧张的局势为造纸工作者提出了更高的要求。纸张中添加填料虽能够降低成本,但同时破坏了纤维间的结合强度,导致纸张强度下降。对于应用广泛的废纸,随纤维回用次数的增多,纤维质量大幅下降,严重影响了纸张的强度性能。传统增强方法中,湿部系统添加增强剂的方式受添加量限制对纸张的增强效果有限。而在表面施胶中,淀粉不仅能够起到增强效果,同时还可以改善纸的表面性质。但由于淀粉施胶量有限,对纸张强度的改善效果有待于进一步提高,尤其是对强度挺度性能有较高要求的包装纸。交联剂协同酶改性淀粉表面施胶渗透进入纸内,通过交联将淀粉以共价键的形式连接,并与纤维形成互穿网络结构,对增强纸张,同时改善湿强性能和高湿环境中的强度挺度性能具有重要意义。主要开展了酶改性淀粉的理化性质及在纸内的渗透性能,小分子交联剂交联淀粉的方法及机理研究,小分子交联体系协同淀粉表面施胶增强纸张强度挺度性能,及高分子/小分子交联体系协同淀粉表面施胶四方面的研究内容。研究结果表明,酶改性淀粉分子量的减小伴随着结晶区结构被破坏、无定形区比例的增加及热稳定性的降低;在施胶纸页松厚度及孔径大小一定时,淀粉分子量的减小有助于施胶淀粉向纸内渗透;分子量为9.52万的淀粉在纸内渗透分布均匀,且在表面适当留着;淀粉施胶显著增大了施胶纸中泡点对应的压力值,使纸张通孔的最大孔径减小;分子量的减小有利于提高对纸张小孔(开孔)的填充效果,使纸张开孔的主要孔径分布增大。淀粉分子量由20.15万减小到9.52万时,纸张的主要孔径分布由4μm增加至4.8μm。采用小分子的交联剂研究淀粉的交联性能,可为选用合理的交联体系于纸内交联淀粉,增强纸张提供理论依据。在AZC水溶液中,加入乙二醛(乙二醛/AZC摩尔比3:1)有助于增加AZC的空间位阻,抑制其自交联,得到稳定的Gly/AZC水溶液;近中性条件下,相比原淀粉膜、单独乙二醛及单独AZC交联淀粉膜,乙二醛/AZC共交联的方法对淀粉膜抗水性能的改善效果最显著;淀粉膜表面裂纹数量显著减少;乙二醛用量对乙二醛和AZC相互间交联及与淀粉分子间交联所形成的均匀紧密连接结构有较大影响,对改善抗水性能起到关键作用。AZC和乙二醛用量分别为5%和20%时,共交联淀粉膜60 min的润胀率为10%。近中性条件下,交联剂乙二醛和AZC共同表面施胶显著改善了纸张的强度挺度性能,并体现出交联的协同性;纤维表面形成明显的“绒毛状”突起结构增加了纤维间的连接面积;乙二醛对AZC自交联的抑制作用(乙二醛/AZC质量比1:1)有效阻碍了AZC交联淀粉凝胶(淀粉浓度10%)的形成,能够满足造纸表面施胶要求;乙二醛和AZC共交联体系协同淀粉表面施胶能够增强纸张的强度性能,这与小分子交联剂在纤维-纤维内的填充交联方式有关。与淀粉施胶纸相比,AZC用量0.3%(wt),淀粉施胶量3%(3g/m~2,3mPa.s),乙二醛用量0.9%时,纸张的抗张指数、环压指数和挺度指数分别增长7.91%、6.06%和9.1%,弹性模量由0.87 GPa增长至0.96 GPa。PAE是一种具有显著交联效果的高分子交联剂。高分子与小分子交联剂相结合的PAE/Gly交联体系协同淀粉对纸张强度的改善效果显著增强,纸张在高湿环境中的强度挺度性能进一步提高;相比淀粉施胶纸(单面施胶),乙二醛用量0.3%,淀粉用量3%(3g/m~2,3mPa.s),PAE用量0.5%时,纸张的抗张指数、环压指数和挺度指数分别增长9.73%,13.30%和13.8%,弹性模量增长至1.03 GPa。这与大分子PAE纤维间的“长连接”架桥和小分子乙二醛纤维内的“短连接”填充方式紧密相关。论文基于交联剂协同酶改性淀粉交联增强纸张的研究课题,选定在纸内渗透分布均匀、适宜分子量的酶改性淀粉。首次提出乙二醛/AZC的共交联体系,显著提高了淀粉的交联性能。Gly/AZC在纤维-纤维内的填充交联体系协同淀粉对纸张的增强效果较好。PAE/Gly的高分子与小分子交联剂于纤维间、纤维内的交联体系,协同淀粉表面施胶能够显著增强纸张的强度挺度性能,为表面施胶渗透、交联增强纸张提供了可参考的技术方法和理论依据。