阳离子纳米纤维素基助染剂在纸张无盐染色中的应用

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天然可降解的阳离子纳米纤维素(CCNF)对染料具有优异的吸附性能,在提高纤维素纤维染色效果和成纸力学性能等方面拥有巨大的潜力。本研究旨在利用CCNF及基于CCNF的二元复合助染剂,用于纤维素纤维染色以实现纸张近中性无盐染色,并制备出一种高性能纸纱,对实现造纸清洁生产具有一定意义。1.以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(EPTMAC)为醚化剂制备了不同取代度的CCNF,并将其作为助染剂用于纤维素纤维无盐染色。结果表明,以86°SR针叶木浆为原料制备的CCNF取代度更高。CCNF的取代度随EPTMAC用量的增加呈先上升后趋于平稳的趋势,随反应时间的延长CCNF的取代度呈先上升后下降的趋势,而升高反应温度不利于提高取代度。选择三种取代度的CCNF进行染色实验,结果表明,在弱酸性染色条件下(pH=4.0,CCNF-H用量为0.5%,T=25℃,t=20 min),CCNF助染剂对直接耐晒翠兰GL的最大吸附量为1281.74 mg/g,最大上染率为90%,且该吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温线模型,CCNF助染剂可用于纤维素纤维无盐染色。2.在CCNF的基础上,采用物理复合法制备了CCNF/CS二元复合助染剂,将其用于纤维素纤维近中性无盐染色,并进一步探究其助染机理。结果表明,在近中性染色条件下(混合比例为5/1,CCNF/CS用量为0.5%,pH=6.2,T=25℃,t=20 min),CCNF/CS对GL染料的最大吸附量为1865.06 mg/g,最大上染率为97%。多元染色实验表明,CCNF/CS对阴离子染料具有强烈的选择吸附性,CCNF/CS和GL染料分子之间主要存在静电吸引作用,并伴有氢键效应和n-π堆叠作用。CCNF/CS可实现纤维素纤维近中性无盐染色,且该染色过程以化学吸附为主,并伴随静电吸附。3.依据前两章优选的染色条件制备了染色纸纱原纸和染色纸纱,并探究其各项性能。结果表明,CCNF和CCNF/CS助染剂均可显著改善染色纸纱原纸的机械性能、颜色特征和色牢度,CCNF-H组和CCNF/CS组纸张的拉伸强度分别为37.5 MPa和34.4MPa,色差分别为1.3和0.1(匀染性最好),耐水洗色牢度分别为99.5%和97.9%。当纸带宽度为8 mm,捻度为19 tex,湿度为80%时,可得到最高拉伸强度的染色纸纱,CCNF-H组和CCNF/CS组分别为62.6 MPa和52.5 MPa。
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