磷酸酯化棉纤维的制备及其性能研究

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1、论文分类：２学校代码：１０７０８学号：１５０１０２５龜换蚤＃孩大ｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＤＦＳＣＩＥＮＣＥ４ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ磷酸酯化棉纤维的制备及其性能研究钱丽指导教师姓名：王建教授学科名称：轻工技术与工程年４论文提交日期：２０１８什Ｊ月论文答辩日期：２０１８年５Ｊ月学位授予单位：陕西科技人学申请工学硕士学位论文论文题目：磷酸酯化棉纤维的制备及其性能研究学科门类：工学一级学科：轻工技术与工程培养单位：轻工科学与工程学院硕士生：钱丽导师

2、：王建教授2018年5月StudyonthePreparationandPropertiesofCottonFiberEsterifiedbyPhosphateAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByLiQianSupervisor:Prof.JianWangMay2018磷酸酯化棉纤维的制备及其性能研究摘要棉纤维作为一种自然植物纤维，细胞壁

3、中纤维素含量高达95%以上，是自然界中最纯净的纤维，在造纸和医药范围内得到普遍运用。棉纤维细胞壁主要由初生壁与次生壁组成。初生壁微细纤维交织成疏松的网状；在次生壁中，绕着纤维轴平行排列的微细纤维堆积成S1层，S2层作为棉纤维细胞壁的主体，主要由基本同心的环状结构构成。棉纤维细胞壁的初生壁与次生壁S1层在纤维表面的缠绕方式，限制了其细胞壁主体S2层的暴露，从而对棉纤维的后期利用带来不利影响。针对上述不足，本论文利用磷酸盐酯化棉纤维，实现棉纤维表面超微结构的破坏，从而提高纤维应用性能。主要研究成果如下：研究混合磷酸盐直接酯化、碱预处理纤维后酯化及原位制备磷酸盐酯化等三种不同

4、酯化方式对棉纤维酯化效果的影响，分别考察了酯化剂用量、pH、反应温度、反应时间等因素对酯化反应取代度的影响。结果表明，原位制备磷酸盐酯化纤维的取代度最高，酯化效果最佳，本实验条件下，较优的酯化工艺为：酯化剂（NaH2PO4/Na2HPO4）用量20%，pH=6.0，反应温度130℃，反应时间2.0h，酯化纤维取代度为0.08。红外光谱（FT-IR）结果证实酯化反应后磷酸根被成功引入到纤维的分子结构中；热重（TG/DTG）结果表明由于磷酸根的引入，酯化纤维的热稳定更高。研究不同取代度酯化纤维的打浆性能。结果表明，酯化处理显著提高了棉纤维的打浆性能，且取代度对打浆性能具有显

5、著提升作用。当PFI磨浆转数为20000r时，未处理纤维打浆度由30°SR上升至49°SR，取代度为0.08的酯化纤维打浆度由32°SR升至77°SR。利用光学显微镜和SEM对纤维形貌进行观察，结果均证实酯化纤维经过打浆以后，纤维表面起毛现象更加明显，酯化纤维的纵向分裂和分丝帚化现象更明显，且表面出现易损薄弱点，证实了酯化纤维在打浆时易被分丝帚化及切断，促进浆料打浆度的大幅提高、进而有利于降低磨浆能耗、提高后续成纸结合强度。研究上述不同取代度的酯化纤维成纸性能。结果发现，酯化纤维本身的强度随酯化取代度增加而有所降低，然而其成纸强度性能却显著增加。当打浆度均为50°SR时

6、，未处理纤维成纸的抗张指数为46.3N·m/g，耐折度143次，而取代度为0.08的酯化纤维成纸抗张指数为65.3N·m/g，耐折度为325I次。上述结果主要是由于酯化纤维在打浆时更易被切断以及分丝帚化，因此纤维自身强度减小，纤维间结合强度反而增大，故而成纸强度性能显著提升。此外，添加湿强剂的作用效果与上述结果类似，表明酯化反应有利于湿强剂在纤维上的留着，从而进一步提高了纸张强度。关键词：磷酸盐，酯化纤维，超微结构，打浆性能，成纸性能IIStudyonthePreparationandPropertiesofCottonFiberEsterifiedbyPhosphat

7、eABSTRACTCottonfiber,oneofnaturalplantfiberswithmorethan95%α-cellulosecontent.whichcanbewidelyusedinthepapermakingandmedicineindustry.Thecellwallofcottonfiberismainlycomposedofseverallayers,suchasprimarywall(outerlayer)andsecondarywall(innerlayerconsistingof2or3layers,suc