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壳聚糖/纤维素纤维复合纸的制备及性能研究

发布日期:2020-12-24   来源:《中国造纸》 中国造纸杂志社

1研究背景

外卖、电商等新兴业态的飞速发展给人类生活带来便当的同时,也加速了塑料包装材料的大规模使用。若不加以控制,废弃塑料引起的白色污染将会严重危害我们赖以保留的地球。全球每年塑料总消费量约为4亿吨,只有10%的塑料包装能被有效回收,其余废弃塑料进入自然环境,在自然力作用下形成微塑料,再通过食物链进入人体,直接危害人民生命健康。据悉,一个人每周会吃下5g微塑料,相当于吃下一张信用卡。随着国家发展改革委员会等九部门联合发布《关于扎实推进塑料污染治理工作的通知》,我国的禁塑行动进入落实阶段,寻找替代塑料的可降解包装材料的需要迫在眉睫。

纸张作为一种可再生、可降解的生物基高分子包装材料,被广泛应用于包装各类商品,尤其在快递行业中是使用规模最大的一种包装材料。在我国禁塑行动的背景下,“以纸代塑”的呼声日渐高涨,将逐渐成为新趋势,为进一步拓宽纸张在包装领域的应用带来发展契机。通过“以纸代塑”可以有效缓解石油基塑料包装材料引起的白色污染、微塑料等问题,促进未来人类社会的可持续发展。而比拟起石油基塑料,纸张在性能上仍然存在较多的不足(如强度低、耐水差、不透光、耐折度低等),阻碍了其在包装领域的进一步推广。因此,采取将纸张与生物基高分子材料结合,制备具有优异性能的纸基复合包装材料的解决思路,改善纸张的各方面性能,使其满足应用于包装材料的需要。

2论文简介

本文通过浸渍工艺,将壳聚糖填充于纸张的孔隙中形成密实的结构,再经过碱处理制备出具有优异综合性能的壳聚糖/纤维素纤维复合纸,探究了纤维种类以及浸渍量对复合纸透明度、雾度、抗张强度、弹性模量、韧性以及耐折度的影响,从结构的角度解析了复合纸具有优异的光学与力学性能的原因,最后,研究了碱处理过程对壳聚糖/纤维素纤维复合纸耐水性能的影响。

2.1壳聚糖/纤维素纤维复合纸的光学性能

本文通过浸渍工艺将壳聚糖的高透光率与木浆纤维的高散射性能相结合,赋予复合纸优异的透光率和光散射性能。当壳聚糖与纤维素纤维的质量比为3:2时,在可见光区范围内其透光率与雾度均达到了88%以上。

2.2壳聚糖/纤维素纤维复合纸的力学性能

除了优异的透光率和光散射性能外,复合纸还呈现出优异的抗张强度、弹性模量以及耐折性能。复合纸中相对柔软的壳聚糖作为连续相填充了纤维间的孔隙,并与纤维形成较强的氢键作用力,使纤维本身优异力学性能有效的转移到复合纸;同时均匀交错的纤维作为增强相,限制了复合纸中裂纹的扩散,赋予其更高的抗张强度与韧性。当壳聚糖与纤维素纤维的质量比为3:2时,复合纸的拉伸强度可达75 MPa、韧性为7.7 MJ/m3、耐折度大于5000次。

2.3壳聚糖/纤维素纤维复合纸的耐水性能

在碱处理过程中,由于壳聚糖中阳离子性的伯铵根转化为中性的伯氨基,减弱了壳聚糖的润胀性,从而赋予复合纸良好的耐水性。复合纸完全浸泡于水中,其饱和吸水率达到43.9%,厚度仅增大12.5%,湿抗张强度保留率可达到38%。

3结论

①当壳聚糖与纤维素纤维的质量比为3:2时,在可见光区范围内其透光率与雾度均达到了88%以上;

②当含有40%桉木纤维时,复合纸具有最佳的抗张强度(75 MPa)、韧性(7.68 MJ/m3)和耐折度(超过5000次)。

③复合纸饱和吸水后,厚度仅增大12.5%,而能够保留38.1%的湿抗张强度

壳聚糖/纤维素纤维复合纸取材于天然生物高分子材料,展现出优异的光学、力学以及良好的耐水性能,有望满足人类社会对可持续生物基包装材料的需求,助力于国家绿色发展战略。

文章信息:李冠辉,莫奇勇,胡稳,侯高远,谢鸿,张德健,崔锦怡,方志强.壳聚糖/纤维素纤维复合纸的制备及性能研究[J].中国造纸,2020,39(11):1-9.

责任编纂:任九

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