微纤化纤维素的制备及其用于碳酸钙改性加填的研究
Preparation of Microfibrillated Cellulose and Its Application in Modification of Ground Calcium Carbo Nate for Filling
天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源,是自然界储量最多的天然高分子材料,它广泛存在于木材、棉、麻、草类及一些细菌等生物体中.微纤化纤维素(Microfibrillated cellulose,MFC)是天然纤维素经机械处理得到的一种纳米级的新型高分子材料,具有较大的长径比和比表面积、较高的透明度和强度等特性,加之具有纤维来源丰富、可降解、可生物相容性及可再生性等优良性能,使其在医药、纺织、造纸、食品等方面具有潜在的应用价值.本论文首先以漂白阔叶木硫酸盐浆为原料,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氮氧化物(TEMPO)氧化预处理结合机械研磨的方式制备了微纤化纤维素.采用单因素实验,根据对氧化纤维聚合度及羧基含量的影响,优化确定了较佳的TEMPO氧化预处理条件:NaBr用量为1.5mmol/g,TEMPO用量为0.05mmol/g,NaClO用量为7mmol/g.将制得的MFC用于研磨碳酸钙GCC改性加填,根据改性填料加填纸的抗张指数,确定了三种阳离子助剂最佳用量分别为:FL2949,0.05%;CS,0.05%;及FL4540,0.025%.结合纸张抗张强度及光散射系数而言,发现阳离子淀粉相比聚胺类阳离子助剂,更适宜用于MFC改性GCC.其次,采用TEMPO氧化法结合机械研磨制备了MFC,并利用GCC作为助磨剂来研磨MFC,对比了加入GCC和未加入GCC研磨所得MFC的性质,并将两种MFC分别用于GCC改性后进行加填.结果发现,GCC可作为研磨介质在TEMPO氧化纤维素纤维研磨过程中起到助研磨的作用,当GCC的用量为氧化纤维绝干量的10%~15%时,对MFC的研磨效果最好.研磨过程中,纤维浆料的浓度越高,所得研磨效果越好,纤维浆料的浓度可高达6.97%.相比单独研磨的MFC,共磨法制备的MFC用于GCC改性加填时,纸张特性更优.最后,对比了不同预处理结合机械研磨制备的各种MFC用于GCC改性加填的效果;以及不同浆种制备所得MFC用于GCC改性加填的效果.其存在的共同点是:MFC-GCC改性填料粒径变大,GCC颗粒能够沿着MFC长度方向密布;MFC改性GCC加填后,在保持纸张抗张强度一致时,纤维素酶及PFI磨浆预处理制备的MFC-GCC改性填料加填的浆料滤水速度没有下降,同时填料留着率有所提高;在灰分一致时,纸张抗张强度(玉米芯MFC-GCC改性填料除外)都有提高;加填MFC-GCC改性填料的纸张,其施胶性能均有所降低;而对于纸张的光散射系数而言,TEMPO氧化预处理所得MFC用于GCC改性时会降低纸张的光散射系数,而加填化机浆MFC-GCC改性填料的纸张,光散射系数提高了接近18%.
- 作者：
- 吕霞
- 学位授予单位：
- 中国制浆造纸研究院
- 专业名称：
- 制浆造纸工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 刘金刚；苏艳群
- 中图分类号：
- TQ352.79；TS727
- 关键词：
- 微纤化纤维素；研磨碳酸钙；改性填料；吸附率；滤水性能；抗张指数；光散射系数
- Microfibrillated cellulose; ground calcium carbonated; modified filler; adsorption ratio; drainability; tensile index; light scattering coefficient;