【前沿综述】长沙理工大学陈启杰教授团队:生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展

学术   科技   2024-10-23 15:11   北京  

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中国造纸学报




生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展


王凤  张亚增*  邓松林  金星明  栾鹏程  陈启杰*

长沙理工大学化学化工学院

湖南工业职业技术学院

北京施澳德瑞科技有限公司



论文简述


本文综述了近年来生物基多糖在改善纸基材料疏水性方面的研究进展,重点介绍了纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料疏水化处理中的应用现状,并对未来发展趋势进行了总结与展望。


关键词


生物基多糖;疏水改性;纸基材料;纤维素;淀粉


论文主要内容



纸基材料具有良好的应用性能,但较强的吸水性严重制约了其在很多领域的应用。采用石油基化合物进行疏水化处理会破坏纸基材料原本的可降解性。因此,目前研究人员更加关注以生物相容性好的生物基多糖作为疏水改性剂原料。目前用于疏水改性的生物基原料主要包括纤维素、淀粉、壳聚糖、海藻酸盐等,提高纸张疏水性的方法主要有纤维改性、浆内添加和表面涂布等。多糖的疏水性可以通过物理或化学方法来改善,而多糖中丰富的活性基团(羟基)也使得化学修饰成为调控其性质的重要方法。

 

图1. 多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用概览

生物基多糖分子链中常含有大量的极性基团(如羟基、氨基、羧基等),这些基团均具有较好的亲水性,将其直接应用于纸基材料中,对纸基材料的疏水性影响并不大,甚至会降低其疏水性。因此,通常需要对多糖聚合物进行疏水改性(如酯化、醚化、接枝共聚和交联等)。经过疏水改性处理后的生物基多糖作为疏水涂层应用于纸基材料,能够赋予纸基材料较好的疏水性,有利于新型生物基材料的进一步开发和应用。
 

图2. 常用于纸基材料疏水改性的多糖及其分子结构

生物基多糖具有出色的生物相容性、可生物降解性和成膜性等优势,在替代传统的石油基疏水改性剂方面具有巨大的潜力。另外,疏水改性的生物基多糖聚合物主要以涂布的方式应用于纸基材料,而对其他应用方式(如纤维改性、浆内添加等)的探究相对较少。此外,由于表面涂布并不能在本质上改变纸基材料的亲水性,因此疏水涂层的稳定性、耐久性及其与基质的相容性等还需进一步研究。相信在科研工作者的共同努力下,未来生物基多糖的疏水化改性产品一定会走向市场。



作者简介




第一作者:王凤,在读硕士研究生;主要研究方向:生物基功能材料。 


 

*通讯作者:张亚增,博士,讲师,硕士生导师;主要研究方向:生物基先进功能材料。


 


*通讯作者:陈启杰,博士,教授,博士生导师,湖南省企业科技创新领军型团队带头人,湖南省特种纸及纸板工程技术研究中心常务副主任,长沙理工大学化学化工学院副院长;主要研究方向:生物基功能材料及绿色造纸。



团队介绍



长沙理工大学“生物基化学品与功能纸团队”针对不同领域对绿色可降解功能材料的需求,以淀粉、纤维素、壳聚糖等天然高分子为基材,开发了在阻隔包装、智能响应、耐高温阻燃、新型产电、光致变色等领域应用的功能材料,形成了系列高性能天然高分子基新材料技术体系,为天然高分子的高值化利用及传统产业转型升级提供技术和理论支持。团队承担了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省重大科技成果转化项目等省部级及以上科研项目20余项,开展企业横向研究课题20余项,获省部级科技奖励11项,发表学术论文120余篇,授权发明专利20余件。



引文格式



王凤, 张亚增, 邓松林, 等. 生物基多糖的疏水改性及其在纸基材料中的应用进展[J]. 中国造纸学报, 2024, 39(3): 10-19.

WANG F, ZHANG Y Z, DENG S L, et al. Progress in Hydrophobic Modification of Bio-based Polysaccharides and Their Application in Paper-based Materials[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2024, 39(3): 10-19.



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