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齊魯工大楊茂/陜科大黨旭崗《ACS Sus. Chem. Eng.》：生態功能施膠劑 - 廢革紙用新策略

2022-08-05 來源：高分子科技

施膠劑和填料是造紙過程中不可缺少的助劑材料，可用于改善紙張柔軟性、力學強度、平滑度以及印刷適應性等。然而，大多數施膠劑仍存在制造成本高、使用過程中沉淀碳酸鈣(PCC)留著率低、紙張平滑度、均勻度和物理機械性能差等不足。因此，研究既能保持紙張所需機械強度，又能保證PCC留著率高的功能性紙張施膠劑，對促進造紙工業的發展具有重要意義。

最近，齊魯工業大學楊茂副教授與陜西科技大學黨旭崗副教授合作，提出了一種“廢革紙用”將皮革廢棄物用作功能性紙張漿內施膠劑制備的新策略。該工作主要基于膠原水解物良好的生物相容性和生物降解性及其分子結構中豐富的羧基和氨基等活性基團，水性聚氨酯（WPU）良好的力學機械性和結構功能可調控性，以及二者與紙纖維和碳酸鈣良好的結合能力，利用乳液聚合反應、高分子自主裝技術成功地構筑了一類潛在的功能性紙張漿內施膠劑材料（WPUC），表現出了良好的力學機械性能、耐水性、耐折疊性和熱穩定性，以及優異的碳酸鈣留著率。本研究旨在制備一種功能型紙漿內施膠劑，既能有效改善紙張的物理性能，又能促進能源和天然生物質資源的利用。

圖1.廢棄皮膠原水解物用于功能性紙張施膠劑的設計策略示意圖

圖2. 展示了施膠劑用作紙張漿內施膠后成品紙較強的物化性能，當紙漿中WPUC含量為2%時，成品紙的抗拉伸強度、抗撕裂強度和抗折疊系數分別可達到55.8 N.m.g^-1, 1.9 mN.m².g^-1, 和12 times，表現出較高的碳酸鈣留著率和良好的耐水性、熱穩定性。

圖2. 不同WPUC和PCC用量對紙張機械強度和抗菌性能；(a) 抗拉伸強度, (b) 抗撕裂強度, (c) 抗折疊系數, 和 (d) Cobb₆₀

圖. 3. 不同WPUC和PCC用量對紙張的形貌特征影響 (放大倍數：300 μm, 40 μm): (ⅰ, ⅴ) 0% WPUC, (ⅱ, ⅵ) 2% WPUC, (ⅲ, ⅶ) 5% WPUC 和 (ⅳ, ⅵⅰⅰ) 10% WPUC

表1. 添加施膠劑和填料后紙張中PCC留著率

該研究成果以Sustainable Utilization of Leather Wastes: A Novel Waterborne Polyurethane Reinforced Collagen Hydrolysate-based Functional Paper Internal Sizing Agent為題于近日發表在ACS Sustainable Chemistry and Engineering上（DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c03867）。通訊作者是陜西科技大學生物質與功能材料研究所黨旭崗副教授，第一作者是齊魯工業大學楊茂副教授。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.2c03867

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（責任編輯：xu）

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