壳聚糖类应用于造纸领域的理论基础

2　壳聚糖类应用于造纸领域的理论基础

2.1　甲壳素

甲壳素（Chitin）是自然界中唯一自带正电荷的天然碱性多糖（生物大分子材料），广泛分布于甲壳类动物（如虾、蟹）、虫和部分微生物细胞壁中，资源十分丰富，是仅次于纤维素的第二大多糖类；其分子结构特点为：氧原子将每个碳原子的糖环连接到下一个糖环上，侧基团“挂”在这些环上。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物；纳米壳聚糖（Nano Chitosan）是利用纳米技术和高分子合成技术将壳聚糖进一步加工而成。经10万倍透射式电子显微镜检测，粒子和网脉尺寸主区≤80nm。由于纳米粒子结构的小尺寸效应、表面和界面效应等纳米化效应，使材料在应用特性方面获得了突变性提高。

2.2　壳聚糖

壳聚糖类是一种线性生物高分子材料，它具有优异的成膜性，能在纸纤维间和纸页表面形成一层极薄的膜，而且由于分子结构与纤维相近，对纤维有极佳的亲和力；由于壳聚糖类膜的动态力学性性能好，且呈网络分布，可大幅提高纸张的力学性能。

壳聚糖类线性生物高分子材料的分子量不同，对纸张力学性能的影响也不相同。当相对分子质量从9.26万增加到26.33万时，纸张性能将明显提高（断裂长高14.1％；耐破度提高19.0％；耐裂度提高12.5％；填留着率高8.5％）。

由于壳聚糖类分子链上分布着众多活性氨基，在酸性溶液中能结合质子而阳离子化，使壳聚糖类成为带阳电荷的聚电解质。纸浆料在pH5.5时，Zeta电位（简称Zp）为−28.7mV，而壳聚糖为+51.8mV（磷酸酯淀粉是−35.7mV）。壳聚糖的化学结构与纤维素相似，加上具有较强的与纸浆料电荷相反的Zp，故壳聚糖与纸纤维有很好的吸附作用和相容性。

纸纤维间存在范德华力、氢键、离子键、和共价键。因此，在纸纤维表面引入成键能量更高的壳聚糖类，能显著提高纸张品强度。

纸浆纤维表面的阴离子区域有一些羧基，壳聚糖类的加入，形氨基与羧基将形成牢固的离子键，纸张干、湿强度均增加，其湿强度增加尤为突出。这表明壳聚糖类对提高纸品的强度是主要因素。

壳聚糖类与作为造纸原料的植物纤维素有十分相似的化学结构和优异的生物活性，可以合成出性能各异的各类衍生物，可用于造纸产业的广泛领域；纳米壳聚糖造纸助剂研发是四川省科技支撑计划《纳米壳聚糖二次纤维高效利用及造纸废水治理研究》项目的重要成果。