基于香豆素的多功能光稳定剂的合成与性能研究

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近年来,扩大和提高高得率浆的使用范围和效率已经成为造纸工业有效地利用木材纤维资源的理想途径,其成浆亮度可以达到85 ISO%。但是高得率浆含有较高的木素并且漂白方式通常是“保留木素式”,这便导致其光稳定性较差。在阳光下长期暴露,其结构容易生成发色团或助色团,呈现出纸张返黄现象。研究显示,光稳定剂的使用可以降低高得率浆返黄。但传统的光稳定助剂均为有机小分子,存在水溶性差,毒性高,与纸张纤维的结合度差以及功能单一等缺点,这极大地限制了它们在造纸工业中的应用。若提高它们的水溶性,并将多种助剂协同使用,就能够通过不同的方式来高效降低高得率浆返黄,同时也体现出光稳定剂的多效性。从以上设计思路出发,本文合成了一系列新型光稳定剂。本论文首先合成出阳离子化的小分子光稳定剂。以3-氨基酚和乙酰乙酸乙酯为原料,在Lewis酸的催化下,通过Pechmann法合成了7-氨基-4-甲基香豆素荧光增白剂。将阳离子醚化剂2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与7-氨基-4-甲基香豆素反应,实现了7-氨基-4-甲基香豆素的阳离子化。其次,合成出两种水溶性聚合型光稳定剂。通过7-氨基-4-甲基香豆素荧光增白剂和2,4-二羟基二苯甲酮紫外吸收剂分别与丙烯酰氯反应,得到香豆素荧光聚合单体和紫外吸收剂聚合单体。再将上述聚合单体分别与丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵反应,得到两种水溶性的聚合型光稳定剂。最后,合成出一种水溶性多功能聚合型光稳定剂。将香豆素荧光聚合单体和紫外吸收剂聚合单体与丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵进行四元聚合反应,从而合成出一种水溶性多功能聚合型光稳定剂。通过红外光谱、核磁共振光谱和凝胶渗透色谱对目标产物的结构进行表征。运用紫外光谱和荧光光谱探讨了其光学性质。采用热重分析仪和场发射扫描电镜测定目标产物和施胶纸张的热稳定性和微观形貌。通过纸张表面施胶实验分析了施胶纸张的表面强度和平滑度。最后进行紫外光加速老化实验检测了其对纸张返黄的抑制效果。结果表明:阳离子光稳定剂的亲水性较好,并能在较长时间内抑制纸张返黄。经48 h紫外老化试验后,涂布纸张的亮度是10.11 ISO%,返黄值为8.1,比空白纸样的返黄值少降低了9.4;两种聚合型光稳定剂不仅具有较好的水溶性,而且具有较强的光稳定性、成膜性和抗紫外老化性能。经48 h紫外老化试验后,涂布纸张亮度分别为68.58 ISO%和53.82 ISO%,返黄值为2.46和4.9,比自初始亮度降低了9.87 ISO%和14.70 ISO%;多功能聚合型光稳定剂能够很好地呈现出不同基团之间的协同作用,因此其具有较强的水溶性、光稳定性、成膜性和抗紫外老化性能。经48 h紫外老化试验后,涂布纸张亮度为65.46 ISO%,比自初始亮度降低了8.03 ISO%。
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