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丝胶和壳聚糖改善再生纸强度的研究

丝胶和壳聚糖改善再生纸强度的研究

孙金煜1 田泽华2 陆晨阳2 叶昊霖2

(1.华东理工大学材料科学与工程学院，上海市先进聚合物材料重点实验室，超细材料制备与应用教育部重点实验室，上海200237;2.上海市七宝中学，上海201101）

摘要  研究了壳聚糖(CS)、丝胶(SS)及壳聚糖/丝胶(CS/SS)对再生纸(废旧餐巾纸)机械性能的影响。研究表明，当 CS/SS质量比为4∶6，在再生纸浆(RP)中含量为6%时，CS与 RP及 SS之间的相互作用力最大，RP/CS/SS再生纸的抗张指数、撕裂指数及耐折度达到最大值。SS的加入可以提高纸张柔韧性。SEM 测试表明，通过CS与纸张纤维及SS的相互作用，CS/SS在再生纸纤维上均匀分布，没有发生自聚集现象，并且 RP/CS/SS纸张的紧密度有 所提高。

关键词 再生纸，壳聚糖，丝胶，纸张强度

再生纸是以纸板、纸箱、包装纸袋、新闻及办公文化用纸等作为原料，将其打碎，经过筛选、除尘、过滤、净化等多道工序加工生产出来的纸张。再生纸具有保护环境、节约资源、减少污染的重要作用。

在我国已经有工厂开始生产一些用再生纸制备的办公用品，如复印纸、名片、文件夹、文件盒、请柬、贺卡及服装吊牌等。有研究表明，由于再生纸采用再生纤维作为原料，纸张的机械强度性能偏低。再生纸的白度数值虽然低于原生纸，但是从保护视力的角度出发，再生纸的白度数值更符合要求。很多生产商都在生产过程中不断改良，如合理控制打浆、改进压榨和干燥工艺以及在浆液中加入添加剂或者化学处理的方法增强纸张强度。

蚕丝是由两部分构成，外围蚕丝胶原蛋白所构成的部分，称为丝胶;内芯由胶质蛋白构成的部分称为丝素。丝胶对包裹在其内部的丝素起着保护和粘结的作用。丝胶蛋白链上有许多侧链较长的氨基酸以及许多极性亲水基团(如—OH、—COOH、—NH2等)，这些结构特征赋予丝胶蛋白优异的调湿、保湿作用[3]。丝胶具有抗氧化功能，能够抵御紫外线、微波、化学物质、大气污染物等对肌肤的侵蚀。经丝胶粉涂层的纺织品，可使皮肤保持一定的水分，具有肌肤保湿功能，还可以有效防止化学纤维与皮肤直接接触，这种新型纺织品具有抗菌作用。丝胶可以提高天然纤维和合成纤维的吸湿性，赋予织物柔软的手感[4]。此外，丝胶不仅可以减少皮肤因摩擦引起的损伤，还可以提高织物的折皱回复性、耐撕破强力和对直接染料的可染性[5]。综上所述，丝胶已被广泛用于纺织品的整理，但其增强纸张性能的研究还未有报道。

壳聚糖是甲壳素的 N-脱乙酰产物，具有生物相容性、无毒透气、透湿防水、抗静电等性能。壳聚糖化学结构与纤维素相似，二者具有很好的相容性和吸附性。在造纸工业中的应用主要是作为表面施胶剂，提高纸浆的拒水性;或者作为增强剂加入到纸浆中，提高纸浆强度[6-8]。壳聚糖分子中含有活泼的氨基和羟基，所以既可以与纤维素结合又可以与丝胶结合[9]。壳聚糖作为纤 维 素 和 丝 胶 间 的“桥 键”物，可将三大天然高分子的功能集于一体。

本研究采用回收废旧餐巾纸，将其打碎作为再生纸浆，并探讨丝胶及壳聚糖的加入对再生纸张强度的影响，以便为丝胶及壳聚糖在再生纸中得到更好的应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 原料及药品

废餐 巾 纸;羧 化 壳 聚 糖 (CS，相 对 分 子 质 量(80～100)×104，脱乙酰度90%)，江苏连云港生物制品厂;丝胶(SS，相对分子质量(5～8)×104)，华东理工大学。

1.2 抄纸制备流程

准确称取定量原料→浸浆→打浆→洗浆→筛网抄纸→轧纸→干燥。

1.3 制浆及制纸

将SS溶于碳酸氢钠水溶液中，制备1%～2%的 SS 水 溶 液。 将 CS 溶 于 醋 酸 水 溶 液 中，制 备1%～2%的 CS水溶液。

选取废餐巾纸准确称取300g，将脱墨剂和一定量60℃的水加入碎浆机搅拌，随后在一定转速下碎浆30min，然后 将 纸 浆 置 于 烧 杯 中，放 入60℃的烘箱熟化30min。熟化 结 束 后，依 次 对 纸 浆 进 行 稀 释(稀释水温为45℃)、浮选、抄 片，获 得 回 收 纸 浆(简称为 RP)。所得纸浆液中分别加入 SS溶液、CS溶液及SS/CS混合溶液，搅拌均匀静置1h，再用框架筛网抄纸、轧纸并干燥，将一定面积的纸置于干燥箱中烘至恒重。获得 RP/SS、RP/CS及 RP/SS/CS再生纸。

1.4 纸张性能测试方法

定量：将一定面积的丝纸置于鼓风干燥箱中，在105℃下烘至恒重。然后放入干燥皿中，冷却至室温后称重，计算出每平方米的质量(g/m2)。

抗张指数：测 试 仪 器 为 ZL-300型摆锤式纸张抗张力试验机;测试条件为夹距10cm，夹头下降速度440mm/min，纸样宽15mm。

撕裂指数：撕裂度是指撕裂预先切口的试样至一定长度时所需的力(mN)。纸的断裂度就是纸与纸板抗衡撕裂的能力。用IMT-SL01纸张撕裂测试仪测定，试样尺寸为50mm×63mm。

柔软指数：由 ZRD-1000纸张柔软度测试仪测定，样品尺寸100mm×100mm。

耐折度：反映了纸张抵抗剪切、揉折作用的能力。采用ZNZ-025型纸张耐折度测定仪进行测试，　试样尺寸为15mm×100mm。

电导率测定：取一定量上述搅拌的纸浆，调整纸浆的温度在20℃，然后在电导率仪上测定。

再生 纸 纤 维 形 貌：将 RP/CS、RP/SS 及 RP/CS/SS纸浆 用 纯 净 水 稀 释 到 适 当 浓 度。将 溶 液 滴加到镀有碳膜的铜网上，干燥后用投射电子显微镜(JEM-1400，JEOL)观察纤维形貌，加速电压为120kV。

再生纸张表面形貌：将改性再生纸用导电胶贴在 SEM 样品台上，喷金后用真空扫描式电子显微镜(JSM-6360LV)观察，加 速 电 压 为15kV，放大950倍。

2 结果与讨论

2.1 CS及SS水溶液浓度对再生纸的影响

将废餐巾纸经过浸浆、打浆、洗浆后，混入SS水溶液、CS水溶液或者SS/CS混合溶液，制成 RP/SS、RP/CS及 RP/CS/SS再生浆，然后按纯纸工艺流程抄纸。实验 中 发 现，当 CS浓度低于1.5%时，纤维的分散情况较好，不易聚凝，成纸均匀性良好。

当CS浓度大于1.5%时，溶液 黏 度 较 高，纤 维 随 溶液流动，不易压榨加工，干燥时间很长，成纸出现大波纹状皱纹。因此选用1% CS水溶液改性再生纸浆。SS水溶液的黏度随浓度变化不大，而且改性再生纸浆 成 纸 均 匀 性 良 好，为 便 于 计 算 SS 与 CS 比例，选择SS浓度为1%。

2.2 CS、SS及 CS/SS的含量对再生纸机械性能的影响