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齊魯工大楊茂/陜科大黨旭崗《ACS Sus. Chem. Eng.》：生態(tài)功能施膠劑 - 廢革紙用新策略
2022-08-05  來(lái)源：高分子科技

  施膠劑和填料是造紙過(guò)程中不可缺少的助劑材料，可用于改善紙張柔軟性、力學(xué)強(qiáng)度、平滑度以及印刷適應(yīng)性等。然而，大多數(shù)施膠劑仍存在制造成本高、使用過(guò)程中沉淀碳酸鈣(PCC)留著率低、紙張平滑度、均勻度和物理機(jī)械性能差等不足。因此，研究既能保持紙張所需機(jī)械強(qiáng)度，又能保證PCC留著率高的功能性紙張施膠劑，對(duì)促進(jìn)造紙工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。


  最近，齊魯工業(yè)大學(xué)楊茂副教授與陜西科技大學(xué)黨旭崗副教授合作，提出了一種“廢革紙用”將皮革廢棄物用作功能性紙張漿內(nèi)施膠劑制備的新策略。該工作主要基于膠原水解物良好的生物相容性和生物降解性及其分子結(jié)構(gòu)中豐富的羧基和氨基等活性基團(tuán)，水性聚氨酯（WPU）良好的力學(xué)機(jī)械性和結(jié)構(gòu)功能可調(diào)控性，以及二者與紙纖維和碳酸鈣良好的結(jié)合能力，利用乳液聚合反應(yīng)、高分子自主裝技術(shù)成功地構(gòu)筑了一類潛在的功能性紙張漿內(nèi)施膠劑材料（WPUC），表現(xiàn)出了良好的力學(xué)機(jī)械性能、耐水性、耐折疊性和熱穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的碳酸鈣留著率。本研究旨在制備一種功能型紙漿內(nèi)施膠劑，既能有效改善紙張的物理性能，又能促進(jìn)能源和天然生物質(zhì)資源的利用。


圖1.廢棄皮膠原水解物用于功能性紙張施膠劑的設(shè)計(jì)策略示意圖


  圖2. 展示了施膠劑用作紙張漿內(nèi)施膠后成品紙較強(qiáng)的物化性能，當(dāng)紙漿中WPUC含量為2%時(shí)，成品紙的抗拉伸強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度和抗折疊系數(shù)分別可達(dá)到55.8 N.m.g-1, 1.9 mN.m2.g-1, 和12 times，表現(xiàn)出較高的碳酸鈣留著率和良好的耐水性、熱穩(wěn)定性。


圖2. 不同WPUC和PCC用量對(duì)紙張機(jī)械強(qiáng)度和抗菌性能；(a) 抗拉伸強(qiáng)度, (b) 抗撕裂強(qiáng)度, (c) 抗折疊系數(shù), 和 (d) Cobb60


圖. 3. 不同WPUC和PCC用量對(duì)紙張的形貌特征影響 (放大倍數(shù)：300 μm, 40 μm): (ⅰ, ⅴ) 0% WPUC, (ⅱ, ⅵ) 2% WPUC, (ⅲ, ⅶ) 5% WPUC 和 (ⅳ, ⅵ、) 10% WPUC


表1. 添加施膠劑和填料后紙張中PCC留著率


  該研究成果以Sustainable Utilization of Leather Wastes: A Novel Waterborne Polyurethane Reinforced Collagen Hydrolysate-based Functional Paper Internal Sizing Agent為題于近日發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry and Engineering上（DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c03867）。通訊作者是陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所黨旭崗副教授，第一作者是齊魯工業(yè)大學(xué)楊茂副教授。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.2c03867

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