海藻纤维改性及其在造纸工业中的应用

海藻纤维改性及其在造纸工业中的应用第一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日第一部分研究背景与意义第二部分海藻纤维概述第三部分改性海藻纤维的制备第四部分改性海藻纤维在造纸工业中的应用第二页，共二十二页，编辑于2023年，星期日第一部分研究背景与意义第三页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

纤维材料主要包括天然纤维和化学纤维。化学纤维的主要原料是石油，随着这种不可再生资源总量日趋减少，人们给予天然纤维材料越来越多的关注。目前人们对天然纤维的开发利用主要集中在陆地上的植物纤维，而对海洋内的植物纤维研究较少。因此，合理、高效的开发利用海洋植物纤维材料能为纤维产品的制造加工开辟一个新的原料来源，具有重要的现实意义。

21世纪，“回归自然、保护环境”的概念愈来愈渗入到人们的意识中。我国具有丰富的海藻资源，开发利用具有生物可降解性的天然环保型海藻纤维符合人类对环保的要求，符合山东省委、省政府提出的“一体两翼”和海洋经济发展战略，符合国家发展绿色纺织品及其高新科技含量的要求，具有显著的经济效益和深远的社会意义。第四页，共二十二页，编辑于2023年，星期日第二部分海藻纤维概述第五页，共二十二页，编辑于2023年，星期日什么是海藻？海藻是生长在海中的藻类，是植物界的隐花植物，包括红藻、绿藻、褐藻等。特征：（1）无维管束组织，没有真正根、茎、叶的分化现象（2）不开花，无果实和种子第六页，共二十二页，编辑于2023年，星期日什么是海藻纤维？

海藻纤维是人造纤维的一种，指从海洋中一些藻类植物中提取得到的海藻酸为原料制得的纤维。特点：属于资源节约型的绿色环保产业1

生产过程无污染性2

终端产品可降解性3

生产原料可再生性第七页，共二十二页，编辑于2023年，星期日1.海藻纤维的结构？

海藻酸是一类多糖物质，是由α-L-古罗糖醛酸(G)和β-D-甘露糖醛酸(M)经过l，4键合形成的一种无规线性嵌段共聚物。研究表明，G单元的均方末端距是M单元的2.2倍，说明G单元的刚性比M单元的刚性大；而且G嵌段会折叠成“蛋盒结构”，增强分子链间的相互作用。第八页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

海藻酸钠很容易与某些二价阳离子键合形成水凝胶，它是典型的离子交联水凝胶。在海藻酸钠水溶液中加入Cu2+、Zn2+、Ca2+、Ba2+等阳离子后，G单元上的Na+与二价金属离子发生离子交换反应，G单元与Ca2+形成蛋盒（egg-box）结构，G基团堆积而形成交联网络结构，从而转变成水凝胶纤维而析出。作为医用材料使用时通常选用Ca2+作为海藻酸的离子交联剂。

第九页，共二十二页，编辑于2023年，星期日2.海藻酸钠的制备方法？

先用稀酸处理海藻，使不溶性海藻酸盐转变海藻酸，然后加碱加热提取，生成可溶性的钠盐溶出，过滤后，加钙盐生成海藻酸钙沉淀，该沉淀经酸液处理转变成不溶性海藻酸，脱水后加碱转变成钠盐，烘干后即为海藻酸钠。第十页，共二十二页，编辑于2023年，星期日3.海藻纤维的纺丝制备方法？

海藻纤维一般应用湿法纺丝，制备过程：将可溶性海藻酸盐（铵盐、钠盐、钾盐）溶于水中形成粘稠溶液，脱泡后通过喷丝孔挤出到含有高价金属离子（镁离子除外，一般为钙离子）的凝固浴中，形成固态海藻酸钙纤维长丝。该长丝经过拉伸、水洗、干燥、卷曲形成纤维。纤维经分离、梳理和铺层而制成连续的非织造布。有些情况下可经过针刺使纤维互相交缠而增加强力，然后将非织造布切割成所需尺寸，最后检验、消毒和包装。第十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日4.海藻纤维的性能及应用？医用海藻纤维的种类：（1）高吸湿医用海藻纤维（2）抗菌、除臭医用海藻纤维（3）远红外医用海藻纤维（4）调温医用海藻纤维海藻纤维在纺织上的应用：（1）机能性医疗纺织品（2）保健性纺织品（3）抗菌防臭纺织品（4）远红外和负离子纺织品（5）防护性纺织品（6）阻燃性纺织品（7）防辐射纺织品第十二页，共二十二页，编辑于2023年，星期日性能：本质自阻燃电磁波屏蔽效应成膜性及稳定性高吸湿高透氧性生物相容性可降解吸收性在纺织工业、医疗、军事和环保等领域具有广阔的应用前景第十三页，共二十二页，编辑于2023年，星期日第三部分改性海藻纤维的制备第十四页，共二十二页，编辑于2023年，星期日1.改性纤维制备原理？

从海藻酸的结构式可以看出，海藻纤维的各种性能主要是靠海藻酸内的羧酸基来发挥作用的，例如羧酸基具有高吸水性，从而使海藻纤维具有高吸湿性，由于羧酸基中的氧原子具有孤对电子，电负性比较强，因此对金属离子具有螯合作用，使海藻纤维具有金属离子吸附性能等。如果我们采取一种有效的方法，使海藻酸链上具有更多的羧基，那么就能相应的提高海藻酸的各种性能。海藻纤维素的改性，主要是依靠与纤维素羟基有关的反应来完成。由于海藻纤维素中海藻酸链的每个糖醛酸单元中有两个极性羟基，因此海藻纤维素可以进行一系列涉及羟基的反应，主要包括酰化反应、酯化反应、醚化反应、接枝共聚反应，交联反应等，反应过程称为纤维素衍生化。第十五页，共二十二页，编辑于2023年，星期日

自由基引发接枝共聚是目前用于纤维素接枝改性的一种主要途径，其聚合反应过程通常由引发、增长、终止和链转移四个基元反应构成，其中的引发反应对于纤维素大分子中含有的一些共价键，例如-C-C、-C-O-、-C-H、-O-H的键能一般都很大，要使这些共价键发生均裂产生带有孤电子的自由基，这在一般的聚合反应温度（40~100℃）下是难以实现的。但是，倘若利用光或热等能量作用或借助引发剂在纤维素大分子上引入一些较弱的键，例如-O-O-、-C-N=键等。则在一般的聚合反应温度下便有可能在纤维素分子上产生能够引发单体接枝共聚的初级自由基，进而导致自由基型接枝共聚。第十六页，共二十二页，编辑于2023年，星期日2.改性方法？

本研究主要用过硫酸钾做引发剂，采用接枝共聚的方法将丙烯酸接枝到海藻纤维骨架上。引发原理：在这里，M-丙烯酸。第十七页，共二十二页，编辑于2023年，星期日3.实验步骤？（1）待聚液的配制：取计量的丙烯酸置于锥形瓶中，在冰水浴保护下，边搅拌边缓慢滴加氢氧化钠溶液，配成一定中和度的丙烯酸溶液，然后加入一定比例交联剂，混匀，得待聚液。（2）接枝共聚反应：取定量的海藻纤维素置于三口烧瓶中，加入计量的水，通N2并搅拌，在一定温度下的水浴中搅拌30min后，冷却至预定反应温度，加入一定量的引发剂溶液，搅拌1Omin后再滴加入计量的去离子水稀释至一定浓度的待聚液。反应至预定时间后，取出一定量的产物测单体转化率，用无水乙醇(反应混合物料4-5倍)沉淀分离出接枝产物，经过滤、洗涤，产物于40-50℃真空干燥，即得接枝粗产物。第十八页，共二十二页，编辑于2023年，星期日（3）聚合物的纯化：在纤维素接枝丙烯酸粗接枝产物中可能含有如下成分：纤维素接枝丙烯酸(盐)、纤维素接枝丙烯酰胺、丙烯酸的均聚物、未参加反应的海藻纤维和其他残留的小分子(如丙烯酸、溶剂和引发剂、交联剂等添加物质)。反应粗产物用足够蒸馏水加热浸泡12小时，滤袋过滤、洗涤，洗去反应产物中残留的试剂、单体和未接枝纤维素。在40-50℃下真空干燥。以丙酮为萃取剂，索氏抽提器抽提分离12小时，40-50℃真空干燥，得纯接枝共聚物供分析表征用。

第十九页，共二十二页，编辑于2023年，星期日精产物引发中和海藻纤维素搅拌引发剂三口瓶混合溶液粗产物抽提沉淀分离工艺方框图：丙烯酸氢氧化钠第二十页，共二十二页，编辑于2023年，星期日4.海藻纤维的吸附性能测试？

用单位绝干质量纤维含有的不能用机械方法除去的水分表征纤维对液体吸附性能的强弱，用吸液量表示：

式中:N是吸液量，W0是经一定机械方法除水后纤维的质量，W是绝干质量。保水率大小是纤维吸附能力的体现。本实验主要测试海藻纤维对自来水、蒸馏水、生理盐水(0.9%的氯化钠溶液)和A溶液(英国药典中规定的模仿血液中钠离子和钙离子用量，A溶液中钠离子用量为142mmol/L，钙离子用量为2.5mmol/L)的吸附性。第二十一页，共二十二页，编辑于2023年，星期日4.海藻纤维的吸附性能测试？

称取一定量的海藻纤维试样，在室温下分别放入自来水、蒸馏水、生理盐水和A溶液中，纤维必须浸没，达到完全润湿，1h后取出试样，装入底部带有小