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棉漿纖維磷酸酯化及其對(duì)打漿性能的影響

2019-07-01 09:36:27包裝印刷產(chǎn)業(yè)網(wǎng)閱讀量:940 我要評(píng)論


  【包裝印刷產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注
  棉纖維細(xì)胞壁的初生壁與次生壁S1層在纖維表面的纏繞方式,有效地保護(hù)了次生壁S2層不被外力所破壞,從而對(duì)棉纖維的后期利用帶來不利影響,如制漿造紙過程中不易發(fā)生外部細(xì)纖維化、制備纖維素衍生物時(shí)易造成反應(yīng)性能的不均一性。
 
  現(xiàn)有的研究已經(jīng)證實(shí),將磷酸根引入淀粉制備磷酸酯淀粉,不會(huì)破壞淀粉原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu),但會(huì)對(duì)淀粉的表面結(jié)構(gòu)帶來影響,從而降低淀粉的糊化溫度。因此,本實(shí)驗(yàn)將磷酸根引入棉纖維,制備纖維素磷酸酯,為棉纖維的進(jìn)一步高值化利用提供基礎(chǔ)。
 
  在制備纖維素磷酸酯的反應(yīng)過程中,磷酸鹽的變化較為復(fù)雜,普遍認(rèn)為各種無機(jī)磷酸鹽都是通過焦磷酸鹽途徑與纖維反應(yīng),即磷酸鹽在高溫下受熱脫水分解成焦磷酸鹽,焦磷酸鹽與纖維的-OH反應(yīng)生成纖維素磷酸酯。
 
  纖維素磷酸酯的半干法合成
 
  在燒杯中加入一定量的去離子水、不同用量酯化劑,4%尿素(相對(duì)絕干纖維,尿素在磷酸酯化反應(yīng)中起催化作用,尿素在水解過程中能促使纖維素分子中的葡萄糖殘基打開氫鍵,游離出羥基,有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行),混合形成100g溶液體系,常溫下攪拌均勻至試劑完全溶解;加入磷酸調(diào)節(jié)至一定pH值;取10g絕干棉漿纖維,加入上述體系中,在60℃水浴鍋中潤脹30min,然后置于室溫風(fēng)干水分,再放入*溫度的烘箱中反應(yīng)數(shù)小時(shí);用大量去離子水洗滌反應(yīng)后的纖維至濾水呈中性,風(fēng)干備用。
 
  纖維打漿性能的測(cè)定
 
  稱取30 g(絕干)纖維,配成10%漿料濃度,在PFI磨漿機(jī)中進(jìn)行磨漿,測(cè)量不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)下纖維的打漿度。
 
  處理前后纖維的形態(tài)分析
 
  采用S-4800掃描電子顯微鏡,對(duì)纖維的表面形貌進(jìn)行觀察。樣品均分散平鋪在載臺(tái)上,且觀察前均進(jìn)行表面噴金,加速電壓為8.0kV。
 
  實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 
  磷酸酯化對(duì)棉纖維保水值的影響
 
  對(duì)棉纖維進(jìn)行磷酸酯化后,其纖維的保水值得到提高,從92.86%提高到134.12%,增加了41.26%。這是由于磷酸鹽與纖維素發(fā)生的酯化反應(yīng)使纖維素分子結(jié)構(gòu)中引入了親水性的磷酸根,導(dǎo)致水分子更容易進(jìn)入到纖維細(xì)胞壁內(nèi)部。
 
  磷酸酯化對(duì)棉纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響
 
  空白纖維和纖維素磷酸酯的SEM??瞻桌w維細(xì)胞壁光滑平整,其表面存在近乎以直角形式纏繞在細(xì)胞壁表面的微纖絲。經(jīng)過磷酸鹽酯化處理后,棉纖維表面發(fā)生了較為明顯的變化。首先,纖維細(xì)胞壁發(fā)生塌陷,且產(chǎn)生局部扭曲;其次,經(jīng)過磷酸酯化后,纖維細(xì)胞壁表面原有的微纖絲已經(jīng)消失。這可能是由于磷酸根的引入,切斷或破壞了纖維細(xì)胞壁表層微纖絲的氫鍵結(jié)合,從而使這部分微纖絲不能以網(wǎng)狀形式纏繞于纖維細(xì)胞壁表面。
 
  磷酸酯化對(duì)纖維打漿性能的影響
 
  利用PFI對(duì)纖維素磷酸酯進(jìn)行打漿,并與空白纖維進(jìn)行對(duì)比。
 
  與空白纖維相比,纖維素磷酸酯的打漿性能顯著提升。在相同的打漿轉(zhuǎn)數(shù)下,纖維素磷酸酯打漿度明顯高于空白纖維。
 
  結(jié)論
 
  以棉漿纖維為原料,確定了制備纖維素磷酸酯的佳條件為:酯化劑用量12%、反應(yīng)溫度120℃, pH值6.0 ,磷酸鹽配比1:1,反應(yīng)時(shí)間1.5h,尿素用量4%,在此條件下所制備的纖維素磷酸酯取代度為0.032,保水值從改性前的92.86%提高到134.12%。
 
  經(jīng)磷酸酯化改性后的纖維表面發(fā)生了明顯的局部塌陷與扭曲,說明酯化處理破壞了保護(hù)纖維細(xì)胞壁S2層的初生壁及次生壁外層S1,顯著改善了棉纖維的打漿性能。
 
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