主题：【求助】《六甲基二硅胺烷》的标准。。。

六甲基二硅胺烷改善二次纤维造纸性能

作者:杭志喜

摘要:以烘干漂白麦草浆为原料,用六甲基二硅胺烷(ＨＭＤＳ)进行处理,观察处理前后二次纤维的角质化程度和强度性能,扫描电镜(ＳＥＭ)观察纤维表面形态,并抄纸比较纸页性能变化.发现经ＨＭＤＳ处理能降低二次纤维的角质化程度,增强纤维的结合力和强度,大大提高纸页的强度性能.本法所用药品容易回收,且可循环使用,成本低而无污染.为二次纤维的推广使用提供了行之有效的解决办法,可缓解我国目前造纸原料短缺的矛盾,因此有一定的经济效益和社会效益.

关　键　词:ＨＭＤＳ处理;二次纤维;角质化;造纸性能

前　　言

为了缓解造纸原料紧缺的矛盾,减轻环境污染,二次纤维已成为我国重要的纤维原料来源,二次纤维的利用已越来越受到人们的重视.但由于二次纤维在使用时质量下降,改善其性能即成为使用二次纤维的关键性问题.
研究发现:(1)纤维壁间的孔隙发生不可逆的封闭,整根纤维变得挺硬,再润湿或打浆时难以使纤维壁分层;(2)纤维表面的单根微细纤维或小纤维紧贴在纤维表面上而不能恢复[1].这些通常被称作角质化,研究人员以纤维保水值的减少来表征纤维角质化程度[2].角质化的数学表达式:
角质化=(ＷＲＶ0-ＷＲＶ1)/ＷＲＶ0×100%,
式中:ＷＲＶ0为纤维开始的保水值;ＷＲＶ1为发生角质化后纤维的保水值.
角质化降低了纤维之间的结合性能.目前研究较多的改善方法有生物酶处理、化学预处理、添加助剂的干湿增强处理和废纸精浆处理[3].这些方法都可以提高二次纤维的使用质量,但由于这些方法或者成本较高,或者会带来新的污染,因此,二次纤维的应用受到了限制.本法使用的药品可以回收,可以循环利用,且成本低,无污染,因此有广阔的应用前景.

1　实验材料和方法

1.1　实验材料
(1)　二次纤维.将原漂白麦草浆在烘箱中烘干作二次纤维,温度100℃,时间为5ｈ;
(2)　六甲基二硅胺烷.英文缩写ＨＭＤＳ,分析纯.
1.2　实验方法
(1)　ＨＭＤＳ处理二次纤维.先分别用70%、85%、95%、100%的乙醇溶液梯度脱去湿纤维中的水,在每种溶液里搅5ｍｉｎ.然后用ＨＭＤＳ浸泡,在室温下蒸发一夜,清洗备用.
(2)　保水值的测定.采用ＬＧ10—24Ａ型医用离心机,将湿浆样装入特制的离心管内,离心速度3200ｒ/ｍｉｎ,离心时间15ｍｉｎ,取出烘干恒重.计算方法如下:
保水值=(离心后湿浆重-绝干浆重)/绝干浆重.
(3)　纤维相对结晶度的测定.用Ｘ射线衍射法,设备为日本ＧＸ—3ＢＸ光衍射仪.纸浆先压成薄片,用Ｘ射线衍射仪(θ—2θ联动法)测定.由联接的计算机扫描,画出纤维素相对结晶度2θ强度衍射图.计算用Ｔｕｒｌｅｙ法,除去背景,得出相对结晶度的数值.
(4)　零距裂断长的测定.用Ｐｕｌｍａｃ仪器测定,温度20.3℃,湿度65.6%.
(5)　纸浆纤维表面形态的观察.将湿浆样各取少许置于4%戊二醛中固定2ｈ,清洗,酒精梯度脱水,乙酸异戊二酯置换,临界点干燥,粘台喷镀.置于ＳＥＭ—505扫描电镜下观察纤维表面结构.
(6)　抄片.用ＺＣＸ—200型纸页成型器抄制.
(7)　纸片物理性能的测定.抗张强度按ＧＢ453-89标准,用ＹＱ-Ｚ-7型摆锤式纸张抗张力试验机测试.耐破度按ＧＢ454-89标准,用ＹＱ-Ｚ-33型纸张耐破度仪测试.
(8)　孔隙率的测定.将恒湿后的纸样裁成5ｃｍ×5ｃｍ的小块,浸入无水乙醇,根据吸入乙醇后纸页的质量增量和乙醇密度,可算出纸页的孔隙率.
孔隙率=(ｍ2-ｍ1)/Ｖｄ×100%　,
式中:ｍ2为吸入乙醇后的纸页质量(ｇ);ｍ1为吸入乙醇前的纸页质量(ｇ);Ｖ为纸页总体积(ｃｍ3);ｄ为乙醇密度(ｇ/ｃｍ3).
(9)　光散射系数的测定.用ＤＮ—Ｂ型白度仪测纸张的单层白度Ｒ0和层积白度Ｒ∞,然后可读出光散射系数.

2　结果和讨论

2.1　ＨＭＤＳ处理的机理
纤维造纸时要将其干燥,由于部分或全部脱水,纤维素或半纤维素之间形成较强的氢键,导致细纤维壁间的孔隙不可逆封闭,结晶区增大,润胀时水分子不易进入,柔韧性下降.打浆不能改变其结晶度,且容易断裂.纤维表面的微细纤维也由于脱水形成氢键而紧贴在纤维壁上,降低纤维之间的结合力,如图1所示(放大4800倍的扫描电镜照片).使用后的纤维结晶度上升,保水值下降,零距裂断长降低,角质化程度达30.7%(见表1).抄成的纸页紧度下降,孔隙率上升,耐破指数和裂开断长都下降(见表2).


要提高二次纤维的结合性能,就必须破坏掉干燥时形成的氢键,使纤维壁间封闭的孔隙重新打开,相对结晶度降低,增加纤维的柔韧性;或使紧贴在纤维表面的纤丝和微纤丝重新竖立起来.
ＨＭＤＳ的分子式是(ＣＨ3)3ＳｉＮＨＳｉ(ＣＨ3)3,它能置换有机化合物中的羟基、巯基、酰胺基等基团中的活性氢原子.如式:

纤维上原来形成氢键的—ＯＨ上的氢被置换并接上(ＣＨ3)3Ｓｉ基后,由于(ＣＨ3)3Ｓｉ基的位阻大,会使原来靠氢键连接在一起的纤丝和微纤丝发生位移.当清洗时发生水解,此时(ＣＨ3)3Ｓｉ基又置换成氢,恢复原来的羟基.如式:

这样拆开氢键,使封闭的孔隙打开,使贴紧在纤维表面的纤丝和微纤丝松开,增强了纤维的结合力.
2.2　ＨＭＤＳ处理后二次纤维及所抄纸页性能的变化处理后的纤维相对结晶度下降,保水值上升,零距裂断长增大(见表3),且表面状况得到大大改善(见图2),产生一些竖起的纤丝,纤维也变得柔软,角质化程度下降了一半,增加了纤维的结合力.因此所抄纸页的紧度提高,光散射系数和孔隙率下降,耐破度和裂断长提高,大大改善了纸页的性能(见表4).




3　结　　论

(1)ＨＭＤＳ能拆开二次纤维在干燥时形成的氢键,使纤维壁间封闭的小孔重新打开,降低二次纤维的结晶性,增加二次纤维的润胀性能.并能让贴紧在纤维表面的纤丝和微纤丝站立起来,增强了纤维的结合力.因此能改善二次纤维的造纸性能.(2)处理后纸页耐破指数提高14%,裂断长提高12%,而其它方法提高都不超过10%[3,5].(3)所用药品乙醇和ＨＭＤＳ都容易回收,成本低且没有污染,因此有广泛的应用前景.

我这没有标准，但有用气相色谱法做六甲 基二硅氨烷的分析方法，要的话，请回复。

原文由 yychllzhw 发表:
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