基于萘酰亚胺的高得率浆返黄抑制剂的合成与性能研究

发布时间：2020-09-16 09:37

　　 由于森林覆盖面积的急剧下降,造纸工业面临着原料短缺、环境污染和生产成本昂贵等问题,而扩大高得率浆的使用对于缓解我国木材资源缺乏、降低生产成本、减少污染、保护生态环境具有重要的意义。但是高得率浆中含有大量的木素和半纤维素,在外界条件如光、热、水分、金属离子等的影响下,容易发生返黄现象,这就限制了高得率浆的使用。目前抑制高得率浆返黄的方法很多,其中返黄抑制剂由于可操作性极强,效果明显,广泛应用于造纸行业。但是传统小分子返黄抑制剂普遍存在溶解性差、毒性大,与纸张纤维的结合度不紧密以及功能单一等缺点,这就限制了它们在造纸工业中的应用。若提高它们的溶解度,发挥助剂间的协同作用,或引入具有紫外吸收功能的纳米硅球,就可以从不同方面减弱或抑制高得率浆的返黄,同时还可提高稳定性,降低毒性。基于以上思路,本文合成了一系列新型萘酰亚胺返黄抑制剂。本文从水溶性的角度出发,合成了四种返黄抑制剂,分别为阳离子化萘酰亚胺返黄抑制剂、水溶性聚合型返黄抑制剂、多功能水溶性聚合型返黄抑制剂以及纳米SiO_2负载荧光聚合物的返黄抑制剂,首先以4-溴-1,8-萘酐为原料,依次与乙醇胺,乙醇钠反应,合成出小分子的萘酰亚胺荧光增白剂N-FBA,随后对其进行阳离子化,制备出阳离子萘酰亚胺荧光增白剂CN-FBA;其次合成出两种水溶性聚合型返黄抑制剂,将小分子的萘酰亚胺荧光增白剂N-FBA与丙烯酰氯反应,生成萘酰亚胺荧光单体NFM,随后将其与甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)和丙烯酰胺(AM)反应,得到水溶性聚合型荧光增白剂(CPNA),之后再向其中引入紫外线吸收剂单体UVAM,合成出多功能水溶性聚合型荧光增白剂(MCPNA);最后以γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)为偶联剂,将纳米二氧化硅、荧光单体NFM、AM和DMC反应,制备出纳米SiO_2负载荧光聚合物的返黄抑制剂(SiO_2-CPNA)。通过核磁共振氢谱、红外光谱、凝胶渗透色谱法以及X射线光电子能谱对产物结构进行表征,通过热重分析仪对产物的热稳定性进行检测,利用透射电镜和扫描电镜对产物及涂布纸张形貌进行检测,通过Zeta电位测定仪检测溶液的阳离子化程度,通过观察溶液的溶解情况分析水溶性,采用紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪测定产物的光学性能,最后在紫外老化箱中对涂布纸张进行36 h的紫外老化实验,来证实产物的返黄抑制性能。结果表明:阳离子萘酰亚胺荧光增白剂水溶性好,与空白纸相比初始白度增加了0.16 ISO%,有增白效果,经过36 h的紫外老化后,其白度为56.60 ISO%,返黄值为11.5,与空白纸相比,返黄值少降低了2.45,有返黄抑制效果。聚合型返黄抑制剂和多功能聚合型返黄抑制剂都具有良好的水溶性、成膜性及抗紫外老化性能,初始白度比空白纸分别高了2.64 ISO%和3.74 ISO%,经过36 h的紫外老化后,涂布纸张白度分别为61.54 ISO%和62.68 ISO%,比初始白度降低了14.78 ISO%和14.74 ISO%。纳米SiO_2负载荧光聚合物的返黄抑制剂不仅可以发挥不同基团间的协同作用,而且稳定性显著提高,具有较强的抗紫外老化效果。经36 h的紫外老化后,涂布纸张白度为63.58 ISO%,比初始白度降低了13.92 ISO%。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS727
【部分图文】：

酯类化合物具有工艺简单、价格低廉、紫外吸收范围窄等特点紫外线吸收剂[21]，对于水杨酸酯类化合物本身来说，其不具在紫外光的作用下发生 Fries 型重排（见图 1-2），转换成具苯甲酮结构，因此也被称为先驱型紫外线吸收剂。图 1-2 在光的作用下水杨酸酯类化合物的 Fries 型重排ig. 1-2 Fries-type rearrangement of salicylate compounds under light irradiat二苯甲酮类化合物也是一种紫外线吸收剂，能够抑制高得率浆酚式-醌式的互变异构实现的，如图 1-3 所示，在紫外光作用物将激发能以低辐射能或热能的方式释放出去，通过降低高纸张的返黄，因为其紫外吸收范围广，几乎对整个紫外区都有上目前使用最为广泛的紫外线吸收剂。

逆的酚式-醌式的互变异构实现的，如图 1-3 所示，在紫外光作用下，化合物将激发能以低辐射能或热能的方式释放出去，通过降低高得率抑制纸张的返黄，因为其紫外吸收范围广，几乎对整个紫外区都有较强工业上目前使用最为广泛的紫外线吸收剂。图 1-3 紫外光下邻羟基二苯甲酮的作用机理Fig. 1-3 The action mechanism of o-hydroxybenzophenone under ultraviolet radiatio三唑类紫外线吸收剂在市场上的品种数量位居第二，仅次于二苯甲酮甲酮类化合物的作用机理相似，主要吸收波长范围位于 300~400nm 区域的光线几乎没有吸收，在紫外光的作用下，会形成不稳定的酚式，很快会散发能量回到基态稳定结构。整个过程中效率较高，因此其性[22]。苯并三唑类化合物的互变异构体结构如图 1-4 所示。

基于萘酰亚胺的高得率浆返黄抑制剂的合成与性能研究水杨酸酯类化合物具有工艺简单、价格低廉、紫外吸收范围窄等特点，是上应用最早的紫外线吸收剂[21]，对于水杨酸酯类化合物本身来说，其不具备吸能力，但它可在紫外光的作用下发生 Fries 型重排（见图 1-2），转换成具有极吸收能力的二苯甲酮结构，因此也被称为先驱型紫外线吸收剂。

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本文编号：2819700