殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙的制備及性能研究

1研究背景

外賣(mài)、電商等新興業(yè)態(tài)的飛速發(fā)展給人類(lèi)生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也加速了塑料包裝材料的大規(guī)模使用。若不加以控制，廢棄塑料引起的白色污染將會(huì)嚴(yán)重危害我們賴(lài)以生存的地球。全球每年塑料總消費(fèi)量約為4億噸，只有10%的塑料包裝能被有效回收，其余廢棄塑料進(jìn)入自然環(huán)境，在自然力作用下形成微塑料，再通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，直接危害人民生命健康。據(jù)悉，一個(gè)人每周會(huì)吃下5g微塑料，相當(dāng)于吃下一張信用卡。隨著國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)等九部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于扎實(shí)推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》，我國(guó)的禁塑行動(dòng)進(jìn)入落實(shí)階段，尋找替代塑料的可降解包裝材料的需要迫在眉睫。

紙張作為一種可再生、可降解的生物基高分子包裝材料，被廣泛應(yīng)用于包裝各類(lèi)商品，尤其在快遞行業(yè)中是使用規(guī)模最大的一種包裝材料。在我國(guó)禁塑行動(dòng)的背景下，“以紙代塑”的呼聲日漸高漲，將逐漸成為新趨勢(shì)，為進(jìn)一步拓寬紙張?jiān)诎�裝領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)發(fā)展契機(jī)。通過(guò)“以紙代塑”可以有效緩解石油基塑料包裝材料引起的白色污染、微塑料等問(wèn)題，促進(jìn)未來(lái)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。而相比起石油基塑料，紙張?jiān)谛阅苌先匀淮嬖谳^多的不足（如強(qiáng)度低、耐水差、不透光、耐折度低等），阻礙了其在包裝領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣。因此，采取將紙張與生物基高分子材料結(jié)合，制備具有優(yōu)異性能的紙基復(fù)合包裝材料的解決思路，改善紙張的各方面性能，使其滿足應(yīng)用于包裝材料的需要。

2論文簡(jiǎn)介

本文通過(guò)浸漬工藝，將殼聚糖填充于紙張的孔隙中形成密實(shí)的結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)堿處理制備出具有優(yōu)異綜合性能的殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙，探究了纖維種類(lèi)以及浸漬量對(duì)復(fù)合紙透明度、霧度、抗張強(qiáng)度、彈性模量、韌性以及耐折度的影響，從結(jié)構(gòu)的角度解析了復(fù)合紙具有優(yōu)異的光學(xué)與力學(xué)性能的原因，最后，研究了堿處理過(guò)程對(duì)殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙耐水性能的影響。

2.1殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙的光學(xué)性能

本文通過(guò)浸漬工藝將殼聚糖的高透光率與木漿纖維的高散射性能相結(jié)合，賦予復(fù)合紙優(yōu)異的透光率和光散射性能。當(dāng)殼聚糖與纖維素纖維的質(zhì)量比為3:2時(shí)，在可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)其透光率與霧度均達(dá)到了88%以上。

2.2殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙的力學(xué)性能

除了優(yōu)異的透光率和光散射性能外，復(fù)合紙還呈現(xiàn)出優(yōu)異的抗張強(qiáng)度、彈性模量以及耐折性能。復(fù)合紙中相對(duì)柔軟的殼聚糖作為連續(xù)相填充了纖維間的孔隙，并與纖維形成較強(qiáng)的氫鍵作用力，使纖維本身優(yōu)異力學(xué)性能有效的轉(zhuǎn)移到復(fù)合紙；同時(shí)均勻交錯(cuò)的纖維作為增強(qiáng)相，限制了復(fù)合紙中裂紋的擴(kuò)散，賦予其更高的抗張強(qiáng)度與韌性。當(dāng)殼聚糖與纖維素纖維的質(zhì)量比為3:2時(shí)，復(fù)合紙的拉伸強(qiáng)度可達(dá)75 MPa、韌性為7.7 MJ/m3、耐折度大于5000次。

2.3殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙的耐水性能

在堿處理過(guò)程中，由于殼聚糖中陽(yáng)離子性的伯銨根轉(zhuǎn)化為中性的伯氨基，減弱了殼聚糖的潤(rùn)脹性，從而賦予復(fù)合紙良好的耐水性。復(fù)合紙完全浸泡于水中，其飽和吸水率達(dá)到43.9%，厚度僅增大12.5%，濕抗張強(qiáng)度保留率可達(dá)到38%。

3結(jié)論

①當(dāng)殼聚糖與纖維素纖維的質(zhì)量比為3:2時(shí)，在可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)其透光率與霧度均達(dá)到了88%以上；

②當(dāng)含有40%桉木纖維時(shí)，復(fù)合紙具有最佳的抗張強(qiáng)度（75 MPa）、韌性（7.68 MJ/m3）和耐折度（超過(guò)5000次）。

③復(fù)合紙飽和吸水后，厚度僅增大12.5%，而能夠保留38.1%的濕抗張強(qiáng)度

殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙取材于天然生物高分子材料，展現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)以及良好的耐水性能，有望滿足人類(lèi)社會(huì)對(duì)可持續(xù)生物基包裝材料的需求，助力于國(guó)家綠色發(fā)展戰(zhàn)略。

文章信息：李冠輝,莫奇勇,胡穩(wěn),侯高遠(yuǎn),謝鴻,張德健,崔錦怡,方志強(qiáng).殼聚糖/纖維素纖維復(fù)合紙的制備及性能研究[J].中國(guó)造紙,2020,39(11):1-9.

責(zé)任編輯：任九