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新型环保造纸助剂——甲壳素与壳聚糖

2020年4月3日 - 远洋渔业

澳门新葡亰官方登录,中国水产门户网报道
虾壳和蟹壳是水产工业生产的固体废弃物。随着我国海产及人工养殖虾、蟹业的发展,这些废弃物数量越来越大,并造成了严重的环境污染。
另一方面,它们又是一类宝贵的生物资源。从1811年法国人发现甲壳素以来,从这类废弃物中提取的甲壳素、其脱乙酰产物壳聚糖以及各种改性壳聚糖等已广泛地应用于食品工业的保鲜剂、沉降剂,纺织印染工业的染料增深剂、水处理絮凝剂,冶金工业的贵金属离子回收助剂,日化工业的添加剂以及应用于农业、造纸和化学工业等。
1甲壳素
甲壳素是地球上含量仅次于纤维素的天然高分子化合物,它广泛存在于类细胞壁、昆虫和甲壳类动物的硬壳中。估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。另外,甲壳素还是地球上数量最大的含氮有机化合物。
甲壳素与纤维素的化学结构非常相似分子链为线形直链。不同点在于甲壳素c2上有一个乙酰胺基。甲壳素脱去乙酰基便得到壳聚糖,三者结构比较如下。
甲壳素为白色或灰白色无定型、半透明固体,不溶于水、稀酸、稀碱及一般的有机溶剂,可溶于浓无机酸,但同时主链会发生降解生成α-氨基葡萄糖。甲壳素中并非所有结构单元都带N——乙酰基。元素分析表明,天然甲壳素分子约有12.5的氨基没有N—乙酰化,甲壳素的难溶性使其应用大受限制,因而近些年的研究开发主要集中在壳聚糖及其改性上。
壳聚糖
甲壳素一般在100-180摄氏度,40%——60%的氢氧化钠溶液中非均相脱去乙酰基便转化成壳聚糖。工业上把脱乙酰度大于70%,含氮量为7.0%~8.7%的壳聚糖视为合格产品。它为白色无定型、透明的、略有珍珠光泽的固体,不溶于水和碱溶液,其化学结构见上面的结构式。壳聚糖是目前自然界中唯一发现的碱性糖类天然高分子。其最重要的性质便是可溶于大多数稀酸并生成盐。但它在稀酸中也会发生水解,使其粘度降低。壳聚糖有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性和保湿性。
2壳聚糖改性
为了改善壳聚糖的多种性能,可利用化学或物理改性的方法来改变其结构,以满足某些特殊需要,目前国内外在此领域做了大量的研究,并发表了相当数量的论文。壳聚糖改性现在主要集中在以下几方面:羟乙基化、羧甲基化、氰乙基化、季铵盐阳离子化、与乙烯类单体进行接枝共聚、在醛和酸酐作用下进行自身交联以及重新进行乙酰基化保护甲壳素等。
研究表明,甲壳素和壳聚糖可以做到任何纤维素做到的事情并能做得更好,且壳聚糖的酸溶性质与造纸中的抄纸酸性介质相似,是一种有待研究很有前景的新型造纸助剂。
从理论讲,壳聚糖是一种直链型高分子聚合物,分子结构中有多个羟基和氨基。这些基团可充分与纤维素表面接触,具备形成氢键能力,而且分子量大,有足够的纤维间架桥能力,同时它在酸性条件下作为一种天然阳离子聚合物,具有许多正电荷中心和氢键中心,可以与纤维素的负电荷结合成离子键,因此壳聚糖是一种很好的增强剂,它既可增加纸页的干强度,也可以作为纸页的湿强剂。
实验研究发现,当与浆料混合后,甲壳素和壳聚糖可以同时提高新闻纸和其它类型纸的干强度与湿强度。它们还可以提高纸盒、纸袋、尿片纸的湿强度并提高打浆效率。
由于壳聚糖显着提高纸的强度,造纸公司就可以用一些质量较差、价格便宜的纤维代替好的纤维,同时保证不降低成纸的质量,从而降低成本。实验发现壳聚糖可以减少达$”%的打浆过程,在轻度打浆的硫酸盐浆中加入#%的壳聚糖便可以使浆料强度达到经高度打浆的水平。壳聚糖由于相对分子量大而且有更大的正电荷密度,可以同时发挥凝聚和附聚作用,助留效果好。壳聚糖加强了纤维间的连接,减少了印刷过程中的“拉毛”现象,使纸页有一平滑的表面并提高其适印性。
另外壳聚糖还可以通过特殊加工制得多孔性壳聚糖体。它具有较低的密度和较大的比表面积,可广泛用做工业中的绝缘体、吸附剂、离子交换树脂和载体等。编辑:王宇

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