基本信息
- 项目名称：
- 琥珀酰化壳聚糖钠盐的制备及其在卷烟纸表面施胶的作用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文以丁二酸酐为酰化剂，制备了N-琥珀酰化壳聚糖，并研究了其钠盐溶液与淀粉复配作为卷烟纸表面施胶剂对卷烟纸的表面强度和抗菌性的影响。研究表明，当N-琥珀酰化壳聚糖用量为0.6%时，纸页抗张指数提高26.1%，耐破指数提高79.0%，撕裂指数提高48.6%，环压指数提高19.5%，耐折度提高18.8%。壳聚糖与淀粉加入量的比值介于5：2~1：3之间时,抑菌效率可达93.3%~98.1%.
- 详细介绍：
- 在卷烟纸生产中，表面施胶剂可以显著改善卷烟纸的物理性能。目前，我国常使用的表面施胶剂主要有淀粉、瓜尔胶、纤维素及其衍生物，但这些施胶剂普遍存在着用量大、增强效果差、施胶后的纸张起皱打折较严重等缺点。因此，开发新型的表面施胶剂以提高卷烟纸的质量迫在眉睫。 壳聚糖是迄今为止发现的唯一天然多糖，它具有很强的抗菌性、生物降解、吸附性和高保湿性。壳聚糖类聚合物用于纸张的表面施胶，不仅可以起到抗菌、防霉、除臭、吸湿的作用，而且还可以达到抗皱、抗静电、提高表面强度的效果。 本文以壳聚糖为原料，丁二酸酐为酰化剂，在40 ℃条件下发生酰化反应制备N-琥珀酰化壳聚糖。用核磁共振谱和红外光谱对N-琥珀酰化壳聚糖进行结构表征，并测定了N-琥珀酰化壳聚糖的取代度。考察了一定温度下N-琥珀酰化壳聚糖在丙酮、甲醇等溶剂中进行的非均相反应，研究表明，溶剂的极性越大，反应的温度越高，反应产物的溶解性能越好，但温度过高产物的色泽加深。实验将壳聚糖溶于醋酸中，在相同的反应温度(40 ℃)和投料比下，控制不同的反应时间可以得到一系列不同取代度的N-琥珀酰化壳聚糖。 本文将N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐溶液与淀粉复配作为卷烟纸表面施胶剂，并研究了其对卷烟纸表面强度和抗菌性的影响。研究表明，当N-琥珀酰化壳聚糖钠盐的用量为0.6%时，纸页抗张指数提高26.1%，耐破指数提高79.0%，撕裂指数提高48.6%，环压指数提高19.5%，耐折度提高18.8%。与瓜尔胶相比，N-琥珀酰化壳聚糖钠盐在提高纸张的抗张指数、撕裂指数、环压指数、耐折度方面作用效果显著。N-琥珀酰化壳聚糖钠盐制备的施胶剂在耐破指数方面的作用虽不如瓜尔胶，但已满足纸机抄造和卷烟纸相关指标的要求，而且能够使卷烟纸获得其他诸多良好的综合性能。N-琥珀酰化壳聚糖钠盐与淀粉加入量的比值介于5：2~1：3之间时，抑菌效率可达93.3%~98.1%，比淀粉、瓜尔胶等施胶剂的抗菌率高一至两倍。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 壳聚糖具有很强的抗菌性、生物降解、吸附性和高保湿性等独特优势，以壳聚糖为原料制备了N-琥珀酰化壳聚糖钠盐，并将其与淀粉复配得到新的表面施胶剂。通过测定该表面施胶剂与瓜尔胶对卷烟纸的物理性能和抗菌性的影响。从得到的数值比较可知，N-琥珀酰化壳聚糖钠盐作为表面施胶剂能够使卷烟纸获得诸多良好的性能。
科学性、先进性及独特之处
- （1）对壳聚糖进行了改性，制备出了一种具有增强性和抗菌性的新型多功能表面施胶剂，拓宽了壳聚糖在造纸中的应用； （2）本文用改性后的壳聚糖与淀粉的复配物作为卷烟纸的表面施胶剂，显著提高了卷烟纸的表面强度，相对于瓜尔胶等施胶剂具有更明显的效果，类似的或相关的报道在国内还比较少； （3）用改性壳聚糖合成的表面施胶剂成本较低，适应于工业化的生产和应用。
应用价值和现实意义
- 壳聚糖作为一种丰富自然资源，壳聚糖在造纸中的应用前景是相当广阔的.首先必须在壳聚糖的各方面进行详细研究，并以此开拓更多的应用领域；其次，利用壳聚糖衍生物对纸张的表面施胶以提高纸张各项性能。 本文制备出了N-琥珀酰壳聚糖钠盐，并将其应用到卷烟纸的表面施胶中，对卷烟纸的一些物理性能和抗菌性的提高具有显著的效果，对卷烟纸工业的发展具有重要的意义。
学术论文摘要
- 本文以壳聚糖为原料，丁二酸酐为酰化剂，在40 ℃条件下发生酰化反应制备N-琥珀酰化壳聚糖。用核磁共振谱和红外光谱对N-琥珀酰化壳聚糖进行结构表征，并测定了N-琥珀酰化壳聚糖的取代度。考察了一定温度下N-琥珀酰化壳聚糖在丙酮、甲醇等溶剂中进行的非均相反应，研究表明，溶剂的极性越大，反应的温度越高，反应产物的溶解性能越好，但温度过高产物的色泽加深。实验将壳聚糖溶于醋酸中，在相同的反应温度(40 ℃)和投料比下，控制不同的反应时间可以得到一系列不同取代度的N-琥珀酰化壳聚糖。 本文将N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐溶液与淀粉复配作为卷烟纸表面施胶剂，并研究了其对卷烟纸表面强度和抗菌性的影响。研究表明，当N-琥珀酰化壳聚糖钠盐的用量为0.6%时，纸页抗张指数提高26.1%，耐破指数提高79.0%，撕裂指数提高48.6%，环压指数提高19.5%，耐折度提高18.8%。N-琥珀酰化壳聚糖钠盐与淀粉加入量的比值介于5：2~1：3之间时，抑菌效率可达93.3%~98.1%，比淀粉、瓜尔胶等施胶剂的抗菌率高一至两倍。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 尚尉，杨海涛，谢益民．全麻卷烟纸的生产工艺初探[J]．中国造纸，2010(29)：5－7． [2] 徐腾，安庆坤．壳聚糖在造纸业上的应用．江苏造纸，2005(4)：37－39． [3] 许彪．抗菌剂及抗菌材料在个体防护产业中的应用和发展[J]．中国防护装备，2006(5)：21． [4] 李毅．羧甲基淀粉钠取代度的测定方法[J]．山西化工，2003，23（1）：15－17 [5] Marguerite Rinaudo.Chitin and chitosan:Properties and applications.Prog.Polym.Sci.31 2006：603－632． [6] 林静雯,胡筱敏,高丹,马爽.改性壳聚糖絮凝剂的制备及絮凝性能的研究[N].南京工业大学学报，2005，2(5)：50－53.
同类课题研究水平概述
- 随着卷烟纸制造业的发展，市场对卷烟纸的质量及性能提出了更高的要求，对于吸味好、高强度和高透气度的卷烟纸的需求也越来越大，然而，我国的卷烟纸制造业仍处于重引进、轻消化、重模仿、轻研发的阶段。目前我国卷烟纸表面施胶剂主要有淀粉、瓜尔胶、纤维素及其衍生物，但都存在表面施胶效果差等诸多不足。因此，制备新型的表面施胶剂就显得尤为重要，而化学结构与纤维素相似的壳聚糖近年来被造纸研究人员所关注，它具有吸附作用强、易改性、无生物毒性和可降解等特性。我国对壳聚糖及其衍生物在造纸工业应用的研究还处于初级阶段，首先必须在壳聚糖的各种物化、功能性质方面进行更为系统的详细研究，并以此开拓更多的应用领域；其次，随着造纸工业的迅速发展，在现有研究基础上，应继续在造纸工业中扩大纸张表面施胶剂的应用种类。 (1) 国内外合成聚合物表面施胶剂的发展概况 20世纪后期，随着印刷行业对纸张表面性能要求的提高，合成表面施胶市场日益红火。目前国外市售的聚合物表面施胶剂产品主要有4类: SMA、SAE、SAA、PUD。 国内使用纸张表面施胶是从80年代开始的，通常以丙烯酸胶乳、丙烯酸丁酷醋酸醋化聚乙烯醇、磷酸酷淀粉作为表面施胶剂。使用最多的是淀粉及改性淀粉，如磷酸醋淀粉、氧化淀粉等。 (2) 国内外表面施胶剂的应用现状 二十世纪后期，随着印刷技术的不断提高，印刷行业对纸张的适印性能提出了更高的要求，如印刷车速的提高需要纸张有高的表面强度、低定量纸的发展要求纸张有良好的不透印性，大大地促进了合成表面施胶剂的研究和发展。目前国外主要以开发合成表面施胶剂为主，应用较多的是苯乙烯—马来酸醉聚合物、苯乙烯—丙烯酸共聚合物盐溶液、苯乙烯—丙烯酸酷胶乳和水溶性聚氨醋。而国内造纸厂使用的聚合物表面施胶剂主要为进口产品，国内聚合物表面施胶研究的报道较少。我国进口的施胶剂产品售价较高，增加了成本。所以根据原料成本及应用效果等各方面的情况，我国使用最多的表面施胶剂还是淀粉及改性淀粉、PVA及PVA改性产物。
