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本论文主要是通过对羧甲基淀粉钠(CarboxymethylStarch,CMS)的合成工艺和增强效果及机理的研究,合成具有良好的增强效果的CMS产品。本文首先通过用单因素的方法,研究了CMS的最佳合成工艺条件,并对产品进行了各项指标的测试与分析;接着着重分析了CMS结构和溶液性能的关系;并对对CMS的增强效果和增强机理进行了研究;最后在前面研究的基础上进一步有目的合成具有良好增强效果的CMS,并进行了增强实验的验证。
研究结果如下:
对于CMS的取代度和反应效率,合成CMS的最佳工艺条件如下:玉米淀粉物质的量:0.15mol;乙醇溶液体积:95ml;乙醇溶液浓度:92%;氢氧化钠和氯乙酸的摩尔比:2.5∶1;氯化铵物质的量:0.037mol;醚化温度:50℃;醚化时间:140min。
对所合成的CMS的结构和溶液性能进行了研究,结果表明:
CMS溶液在浓度较低时,粘度就比较高,而且随着其溶液质量浓度的增加,溶液的粘度不断增加;CMS溶液的粘度随着溶液pH值的增加先增加,在pH为7时达到最大值,随后随着pH值的增加缓慢下降;随着温度的升高,CMS水溶液的粘度下降。CMS的存放稳定性较好。CMS的粘度随着其取代度的增加而增大。CMS溶液的粘度随着其氯化物含量的增加而迅速下降;CMS溶液的粘度随着其分子量的增加,大体下降。随着CMS取代度的增加,CMS的分子量先大致增加,在取代度达到0.62后,分子量达到最大值,从0.62到0.67分子量变化不大,如果取代度继续增加,CMS的分子量迅速下降,在取代度为0.736时降到最低。
将不同性能的CMS用于纸张的增强,研究了增强效果,结果表明:
随着CMS溶液pH值的下降,纸张的强度(耐折度和抗张强度)先增加,当pH值为7时,纸张强度最大,然后强度又有下降的趋势;CMS的增强效果随着其用量的增加先迅速增加,在用量为1.5%达到最大值,但随着CMS的用量继续增加,纸的强度缓慢下降;纸张的强度随着硫酸铝用量的增加先迅速增加,在硫酸铝的用量为3%时,纸张的强度达到最大,随着硫酸铝用量的继续增加,纸张的强度有下降的趋势;取代度从0.43到0.60,增强效果比较好;在取代度相同的条件下,CMS分子量的差异也是影响增强效果的一个原因。数均分子量从65642到74888时,增强效果较好。
在研究CMS的增强效果的基础上,进一步研究了其增强机理,归纳如下:
CMS分子中含有羧甲基,而羧甲基可以参与纤维表面纤维素分子的氢键结合,增补了纤维间在结合区域自然形成的氢键的数目,这样就增加了纤维间的结合数目,也可以说增加了纤维间的结合面积,而纤维间的结合数目是纸具有干强度的重要原因,特别是氢键结合点多,结合力强,是干强度产生的主要原因,因而CMS可以提高纸的干强度。
CMS在和硫酸铝一起加入到纸浆时,可以降低纸浆的Zeta电位,产生絮凝现象,将细小纤维和填料包裹在微絮凝团内,提高细小纤维与填料的留着率。通过控制反应条件,可以生产出具有良好纸张增强性能的CMS。