基于高阳电荷聚合物乳化烷基烯酮二聚体（AKD）改性纤维及其机理的研究

中性造纸技术是当前造纸技术研究的热点，目前国内外中性施胶剂普遍采用的是以高取代度阳离子淀粉为乳化剂的淀粉型烷基烯酮二聚体（AKD）乳液施胶剂，但由于阳离子淀粉电荷密度较低、分子量较大且分布不均、含蛋白易霉变等缺点，用阳离子淀粉乳化的AKD乳液存放时间短、稳定性差、吸附性能差、施胶效率低，特别是施胶滞后时间长（需要熟化一周左右纸张才能取得抗水性能），施胶滞后的机理尚不清楚。本研究创新性合成高电荷密度阳离子聚合物为AKD乳化剂，制备阳离子聚合物AKD乳液，颗粒小且均匀、提高AKD乳液颗粒的阳电荷密度、增强对纤维的吸附力、提高施胶效率，可解决淀粉型AKD施胶滞后问题，研究AKD快速熟化技术；并在理想条件下研究AKD分子与醇类、聚糖类分子反应过程，用先进的仪器分析方法对反应物进行结构和元素分析，揭示AKD与醇类或聚糖类分子反应规律，探索AKD快速熟化的施胶机理和纤维抗水机理。

为了研究AKD的抗水机理，首先采用Gaussian 03软件包来研究AKD的反应活性，用密度泛函(DFT)的方法，选用了B3LYP基组，在6-311G(d，p)的水平上计算了AKD的稳定态，得到了Mulliken电荷分布、Mulliken重叠布局数、能量、前沿分子轨道特征等，并采用了小分子的乙醇来模拟纤维素与AKD的反应。通过Gaussian 03的计算结果可以看出，在理论上，AKD具有较高的反应活性，是能够和含有羟基的物质例如乙醇等亲核试剂进行反应。对于AKD与乙醇的反应来说，E（反应热）=-1735.056036+1543.188447+152.9927552=-38.940014 Hartree，反应热＜0，这是一个放热反应，而经过计算反应能垒Ea=-1697.16546026+1543.188447+154.948890=0.971877 Hartree=2552 kJ/mol。因此，AKD与乙醇的反应在常温下是不能反应的，必须从外界吸收能量超过这个活化能才能进行，而AKD与纤维素能够反应的话，二者的反应也必须从外界吸收一定的热量反应才能进行。. 另外，采用乙二醇以及低分子单糖（葡萄糖）、低聚糖（麦芽糖）模拟纤维素与AKD的反应，经过红外表征证明，AKD与这些物质也能够进行反应，尤其是葡萄糖与麦芽糖，都含有纤维素有同样的基本结构单元，那么理论上，AKD与纤维素也能够发生反应。. 将纤维素溶于LiCl/DMAc形成均相体系，在均相条件下，研究AKD与纤维素的反应，通过FT-IR、XRD、SEM、TG-DTA等表征手段可以证实生成了β-酮酯。然而在多相条件下，通过FT-IR、XRD、SEM等表征手段证实AKD与纤维素不会发生反应。研究发现在纸页成型过程中不是AKD与纤维素发生了反应，而是AKD与淀粉发生反应，AKD与淀粉的反应物通过淀粉上的阳离子基团吸附在纤维表面，起到了抗水作用。但是淀粉具有高度保水性，而且能够从周围环境中吸收水分，引起了AKD的水解。对此，合成了高阳电荷高分子聚合物来乳化AKD，制得的乳液颗粒小且均匀、阳电荷密度高，增强了对纤维的吸附力，提高了施胶效率，解决了传统淀粉型AKD乳液施胶滞后问题.研究表明，电荷密度越高，纸张的施胶效果就越好。并且提出了AKD施胶的新理论，探索了AKD快速熟化的施胶机理。