海藻纖維改性及其在造紙工業(yè)中的應用

海藻纖維改性及其在造紙工業(yè)中的應用第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日第一部分研究背景與意義第二部分海藻纖維概述第三部分改性海藻纖維的制備第四部分改性海藻纖維在造紙工業(yè)中的應用第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日第一部分研究背景與意義第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日

纖維材料主要包括天然纖維和化學纖維?；瘜W纖維的主要原料是石油，隨著這種不可再生資源總量日趨減少，人們給予天然纖維材料越來越多的關(guān)注。目前人們對天然纖維的開發(fā)利用主要集中在陸地上的植物纖維，而對海洋內(nèi)的植物纖維研究較少。因此，合理、高效的開發(fā)利用海洋植物纖維材料能為纖維產(chǎn)品的制造加工開辟一個新的原料來源，具有重要的現(xiàn)實意義。

21世紀，“回歸自然、保護環(huán)境”的概念愈來愈滲入到人們的意識中。我國具有豐富的海藻資源，開發(fā)利用具有生物可降解性的天然環(huán)保型海藻纖維符合人類對環(huán)保的要求，符合山東省委、省政府提出的“一體兩翼”和海洋經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，符合國家發(fā)展綠色紡織品及其高新科技含量的要求，具有顯著的經(jīng)濟效益和深遠的社會意義。第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日第二部分海藻纖維概述第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日什么是海藻？海藻是生長在海中的藻類，是植物界的隱花植物，包括紅藻、綠藻、褐藻等。特征：（1）無維管束組織，沒有真正根、莖、葉的分化現(xiàn)象（2）不開花，無果實和種子第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日什么是海藻纖維？

海藻纖維是人造纖維的一種，指從海洋中一些藻類植物中提取得到的海藻酸為原料制得的纖維。特點：屬于資源節(jié)約型的綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)1

生產(chǎn)過程無污染性2

終端產(chǎn)品可降解性3

生產(chǎn)原料可再生性第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.海藻纖維的結(jié)構(gòu)？

海藻酸是一類多糖物質(zhì)，是由α-L-古羅糖醛酸(G)和β-D-甘露糖醛酸(M)經(jīng)過l，4鍵合形成的一種無規(guī)線性嵌段共聚物。研究表明，G單元的均方末端距是M單元的2.2倍，說明G單元的剛性比M單元的剛性大；而且G嵌段會折疊成“蛋盒結(jié)構(gòu)”，增強分子鏈間的相互作用。第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日

海藻酸鈉很容易與某些二價陽離子鍵合形成水凝膠，它是典型的離子交聯(lián)水凝膠。在海藻酸鈉水溶液中加入Cu2+、Zn2+、Ca2+、Ba2+等陽離子后，G單元上的Na+與二價金屬離子發(fā)生離子交換反應，G單元與Ca2+形成蛋盒（egg-box）結(jié)構(gòu)，G基團堆積而形成交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而轉(zhuǎn)變成水凝膠纖維而析出。作為醫(yī)用材料使用時通常選用Ca2+作為海藻酸的離子交聯(lián)劑。

第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.海藻酸鈉的制備方法？

先用稀酸處理海藻，使不溶性海藻酸鹽轉(zhuǎn)變海藻酸，然后加堿加熱提取，生成可溶性的鈉鹽溶出，過濾后，加鈣鹽生成海藻酸鈣沉淀，該沉淀經(jīng)酸液處理轉(zhuǎn)變成不溶性海藻酸，脫水后加堿轉(zhuǎn)變成鈉鹽，烘干后即為海藻酸鈉。第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日3.海藻纖維的紡絲制備方法？

海藻纖維一般應用濕法紡絲，制備過程：將可溶性海藻酸鹽（銨鹽、鈉鹽、鉀鹽）溶于水中形成粘稠溶液，脫泡后通過噴絲孔擠出到含有高價金屬離子（鎂離子除外，一般為鈣離子）的凝固浴中，形成固態(tài)海藻酸鈣纖維長絲。該長絲經(jīng)過拉伸、水洗、干燥、卷曲形成纖維。纖維經(jīng)分離、梳理和鋪層而制成連續(xù)的非織造布。有些情況下可經(jīng)過針刺使纖維互相交纏而增加強力，然后將非織造布切割成所需尺寸，最后檢驗、消毒和包裝。第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日4.海藻纖維的性能及應用？醫(yī)用海藻纖維的種類：（1）高吸濕醫(yī)用海藻纖維（2）抗菌、除臭醫(yī)用海藻纖維（3）遠紅外醫(yī)用海藻纖維（4）調(diào)溫醫(yī)用海藻纖維海藻纖維在紡織上的應用：（1）機能性醫(yī)療紡織品（2）保健性紡織品（3）抗菌防臭紡織品（4）遠紅外和負離子紡織品（5）防護性紡織品（6）阻燃性紡織品（7）防輻射紡織品第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日性能：本質(zhì)自阻燃電磁波屏蔽效應成膜性及穩(wěn)定性高吸濕高透氧性生物相容性可降解吸收性在紡織工業(yè)、醫(yī)療、軍事和環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日第三部分改性海藻纖維的制備第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.改性纖維制備原理？

從海藻酸的結(jié)構(gòu)式可以看出，海藻纖維的各種性能主要是靠海藻酸內(nèi)的羧酸基來發(fā)揮作用的，例如羧酸基具有高吸水性，從而使海藻纖維具有高吸濕性，由于羧酸基中的氧原子具有孤對電子，電負性比較強，因此對金屬離子具有螯合作用，使海藻纖維具有金屬離子吸附性能等。如果我們采取一種有效的方法，使海藻酸鏈上具有更多的羧基，那么就能相應的提高海藻酸的各種性能。海藻纖維素的改性，主要是依靠與纖維素羥基有關(guān)的反應來完成。由于海藻纖維素中海藻酸鏈的每個糖醛酸單元中有兩個極性羥基，因此海藻纖維素可以進行一系列涉及羥基的反應，主要包括?；磻?、酯化反應、醚化反應、接枝共聚反應，交聯(lián)反應等，反應過程稱為纖維素衍生化。第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日

自由基引發(fā)接枝共聚是目前用于纖維素接枝改性的一種主要途徑，其聚合反應過程通常由引發(fā)、增長、終止和鏈轉(zhuǎn)移四個基元反應構(gòu)成，其中的引發(fā)反應對于纖維素大分子中含有的一些共價鍵，例如-C-C、-C-O-、-C-H、-O-H的鍵能一般都很大，要使這些共價鍵發(fā)生均裂產(chǎn)生帶有孤電子的自由基，這在一般的聚合反應溫度（40~100℃）下是難以實現(xiàn)的。但是，倘若利用光或熱等能量作用或借助引發(fā)劑在纖維素大分子上引入一些較弱的鍵，例如-O-O-、-C-N=鍵等。則在一般的聚合反應溫度下便有可能在纖維素分子上產(chǎn)生能夠引發(fā)單體接枝共聚的初級自由基，進而導致自由基型接枝共聚。第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.改性方法？

本研究主要用過硫酸鉀做引發(fā)劑，采用接枝共聚的方法將丙烯酸接枝到海藻纖維骨架上。引發(fā)原理：在這里，M-丙烯酸。第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日3.實驗步驟？（1）待聚液的配制：取計量的丙烯酸置于錐形瓶中，在冰水浴保護下，邊攪拌邊緩慢滴加氫氧化鈉溶液，配成一定中和度的丙烯酸溶液，然后加入一定比例交聯(lián)劑，混勻，得待聚液。（2）接枝共聚反應：取定量的海藻纖維素置于三口燒瓶中，加入計量的水，通N2并攪拌，在一定溫度下的水浴中攪拌30min后，冷卻至預定反應溫度，加入一定量的引發(fā)劑溶液，攪拌1Omin后再滴加入計量的去離子水稀釋至一定濃度的待聚液。反應至預定時間后，取出一定量的產(chǎn)物測單體轉(zhuǎn)化率，用無水乙醇(反應混合物料4-5倍)沉淀分離出接枝產(chǎn)物，經(jīng)過濾、洗滌，產(chǎn)物于40-50℃真空干燥，即得接枝粗產(chǎn)物。第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日（3）聚合物的純化：在纖維素接枝丙烯酸粗接枝產(chǎn)物中可能含有如下成分：纖維素接枝丙烯酸(鹽)、纖維素接枝丙烯酰胺、丙烯酸的均聚物、未參加反應的海藻纖維和其他殘留的小分子(如丙烯酸、溶劑和引發(fā)劑、交聯(lián)劑等添加物質(zhì))。反應粗產(chǎn)物用足夠蒸餾水加熱浸泡12小時，濾袋過濾、洗滌，洗去反應產(chǎn)物中殘留的試劑、單體和未接枝纖維素。在40-50℃下真空干燥。以丙酮為萃取劑，索氏抽提器抽提分離12小時，40-50℃真空干燥，得純接枝共聚物供分析表征用。

第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日精產(chǎn)物引發(fā)中和海藻纖維素攪拌引發(fā)劑三口瓶混合溶液粗產(chǎn)物抽提沉淀分離工藝方框圖：丙烯酸氫氧化鈉第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日4.海藻纖維的吸附性能測試？

用單位絕干質(zhì)量纖維含有的不能用機械方法除去的水分表征纖維對液體吸附性能的強弱，用吸液量表示：

式中:N是吸液量，W0是經(jīng)一定機械方法除水后纖維的質(zhì)量，W是絕干質(zhì)量。保水率大小是纖維吸附能力的體現(xiàn)。本實驗主要測試海藻纖維對自來水、蒸餾水、生理鹽水(0.9%的氯化鈉溶液)和A溶液(英國藥典中規(guī)定的模仿血液中鈉離子和鈣離子用量，A溶液中鈉離子用量為142mmol/L，鈣離子用量為2.5mmol/L)的吸附性。第二十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日4.海藻纖維的吸附性能測試？

稱取一定量的海藻纖維試樣，在室溫下分別放入自來水、蒸餾水、生理鹽水和A溶液中，纖維必須浸沒，達到完全潤濕，1h后取出試樣，裝入底部帶有小