壳聚糖_AMDMDAAC三元接枝共聚物的合成及应用_马永生

作者简介:马永生先生,山东轻工业学院在读硕士研究生;研究方向:造纸化学品的开发与应用。收稿日期:2004-06-21(修改稿)·纸张增强剂·壳聚糖-AM-DMDAAC三元接枝共聚物的合成及应用马永生1邱化玉1王少强1王才友2(1.山东轻工业学院制浆造纸工程省级重点学科,山东济南,250100;2.安丘科扬机械有限公司,山东安丘,262100)摘要:以硝酸铈铵(CAN)为引发剂,对壳聚糖(CS)和丙烯酰胺(AM)及二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)的三元接枝共聚反应进行了研究,讨论了反应条件对合成产品增强效果的影响。其最佳合成条件为:反应温度40℃,单体滴加时间0.5h,总反应时间5h,CAN浓度为0.4mmol/L,m(CS):m(AM):m(DMDAAC)=1∶7.52∶0.48,反应体系pH值为1.8,分子质量调节剂浓度3.00mmol/L。当合成产物用量为0.6%时,可使纸张的裂断长增加1460m,撕裂指数提高15.5%。与壳聚糖-AM二元接枝共聚物相比,具有用量小、效果好的优点。关键词:壳聚糖;丙烯酰胺;DMDAAC;接枝共聚;纸张增强剂中图分类号:TS727+.2;文献标识码:A文章编号:0254-508X(2004)12-0022-04壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(chitin)脱乙酰的产物,可以作为施胶剂、表面处理剂、助留剂、增强剂等使用,但作为增强剂使用时存在用量大、效果不明显等缺点。本实验在借鉴前人工作[1-8]的基础上,把壳聚糖(CS)和丙烯酰胺(AM)及少量阳离子单体(DM-DAAC)进行接枝共聚,合成了一种水溶性高分子增干强剂,用量较少且增强效果明显。壳聚糖-AM-DM-DAAC三元接枝共聚物的合成和应用在国内尚未见报道。1实验部分1.1实验原料壳聚糖,工业品,脱乙酰度84.6%,粘度(20℃,浓度1%)260mPa·s,山东莱州甲壳素厂;丙烯酰胺,化学纯;二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC),化学纯;硝酸铈铵(CAN),化学纯,溶于1mol/L的硝酸溶液中备用;亚硫酸氢钠,化学纯。NBKP浆板,取自山东华泰纸业基团,浸泡4h后打浆至42°SR备用。1.2主要实验装置及仪器有机合成装置1套。实验仪器:NDJ-8S旋转数显粘度计,pHS-25型酸度计,H158型纸浆疏解机,FI101型方形抄片器,FI119型电热干燥器。1.3合成方法本研究首先进行了壳聚糖和AM的接枝共聚反应,摸索了基本的合成条件后又采用一定量的阳离子单体(DMDAAC)取代部分丙烯酰胺单体进行了壳聚糖-AM-DMDAAC三元接枝共聚的实验。将1g壳聚糖和100mL1.8%的醋酸溶液一并放入250mL四口烧瓶(装配回流冷凝管、搅拌器、温度计、氮气管)中,开动电动搅拌器待完全溶解后,升温至30～50℃后,加入适量的引发剂溶液,通N215～30min后,将反应瓶中的氧气驱除干净,用滴液漏斗滴加单体(事先溶于适量蒸馏水中),反应1h后加入一定量的分子质量调节剂,然后保温2～5h,用冷水终止反应,经处理得到接枝共聚物产品。1.4合成产品性能及检测外观为淡黄至乳白的粘稠状液体,可以与水以任一比例互溶;pH值5.0～6.0;粘度500～800mPa·s;固含量为6.7%左右;大多数产品稳定,贮存6个月不分层、不变质。粘度:在室温下直接用旋转粘度计进行测定。pH值:用pHS-25型酸度计进行测定。固含量:样品置于烘箱中在105℃烘2.5h以上,取出冷却称重,计算固含量。接枝率和接枝效率:合成产物冷却后,用无水乙醇将接枝共聚物以及AM的均聚物沉淀物出来,离心分离后将沉淀物在40℃下干燥至恒重,用乙二醇和冰醋酸的混和物(体积比为3∶2)作为溶剂进行抽提,然后将抽提后的沉淀物低温干燥至恒重,这一质量即为提纯后的接枝共聚物的质量。接枝率和接枝效率的·22·研究论文ChinaPulp&PaperVol.23,No.12,2004计算方法见参考文献[8]。产物的接枝率在150%左右,最大可达176%,接枝效率在30%左右,最大可达34.6%。1.5纸页的抄造将纸浆疏解后,调浆浓至0.5%,加入上述合成的三元接枝共聚物产品,用量为0.6%～1.0%(对绝干纤维,下同)。加入助剂后浆料pH值降至6.5左右,反应5min后抄片,烘干。1.6纸页物理强度性能的测定将纸张在恒温恒湿的条件下放置2～4h,纸页的裂断长、撕裂度等物理性能指标均按国家标准测定。2结果与讨论2.1壳聚糖-AM接枝共聚物2.1.1引发剂浓度对合成产品增强效果的影响以硝酸铈铵(CAN)为引发剂,引发剂浓度对产物增强性能的影响如表1所示。表1引发剂的浓度对产物增强效果的影响CAN的浓度/mmol·L-1定量/g·m-2裂断长/km撕裂指数/mN·m2·g-10.5069.77.9017.510.7