水解胶原蛋白/层状双金属氢氧化物微粒助留助滤剂的制备及其构效关系的研究

In this proposal, a novel biomass based microparticle retention and drainage aid was developed by collagen hydrolysates and layer double hydroxides (LDHs) as main raw materials. Firstly, collagen hydrolysates with different molecular weight were prepared by enzyme hydrolysis and chemical crosslinking, the relationship between the molecular weight of collagen hydrolysates and the retention and drainage property was investigated . Secondly, LDHs with different structures were synthesized by changing the synthesis conditions，the influence of the structures of LDHs on the retention and drainage property was studied. On the basis of above researches, the microparticle retention and drainage aids were established by selecting the suitable collagen hydrolysates and LDHs, and the structure-function relationship and the mechanism of retention and drainage were systematically studied. In conclusion, the present application provides a theoretical foundation for the rational design of biomass based microparticle retention and drainage aid, and also extends a new field for value-added utilization of collagen-based biomaterials.

本申请项目以水解胶原蛋白为主要原料，配合层状双金属氢氧化物（LDHs）制备新型生物质基微粒助留助滤剂。首先，采用酶法水解及化学交联制备不同分子量的水解胶原蛋白，以研究水解胶原蛋白分子量与助留助滤性能之间的关系。其次，通过改变合成条件调控LDHs的结构，以研究LDHs结构对助留助滤性能的影响。在此基础上，选择合适的水解胶原蛋白和LDHs构建微粒助留助滤剂，系统研究水解胶原蛋白与LDHs的构效关系，并阐明水解胶原蛋白/LDHs的助留助滤机理。本申请项目为科学合理的设计生物质基微粒助留助滤剂奠定了理论基础，同时也为胶原基生物材料的高附加值利用开辟了新的领域。

在抄纸过程中，助留助滤剂通常用于提高浆料的留着效率及滤水成型效果，其主要的作用机理是通过电荷中和/补丁、架桥絮凝及网捕作用对填料、细小纤维等聚集。本项目开发了一类新型高效的水解胶原蛋白基助留助滤剂，获得的创新性成果如下：1）通过水解、交联、季铵化及接枝共聚等手段，建立了调控水解胶原蛋白分子量及电荷性质的方法；2）揭示了水解胶原蛋白分子量及电荷性质对其助留助滤性能的影响规律，结果表明，与电荷性质相比，水解胶原蛋白的分子量对其助留助滤性能的影响更为关键。3）为了同时满足水解胶原蛋白分子量及电荷性质的需求，建立了较佳的水解胶原蛋白改性方法，即先通过有机交联剂（醛、环氧树脂等）对水解胶原蛋白交联增大分子量，在此基础上，选择无机金属盐（聚合铝等）配位交联以进一步增大分子量、构建高度枝状化结构及提高阳电荷性质。4）进一步合成或优选7类无机微粒，包括铝镁层状双金属、钠基膨润土、氧化镁、高岭土、硅藻土、凹凸棒及海泡石，与前面制备的水解胶原蛋白基助留助滤剂构建微粒体系，研究不同类型的无机微粒对其助留助滤性能的影响及机理。结果表明，钠基膨润土因其卓越的电荷补丁、架桥吸附及网捕效应，协同效果最佳，其次是铝镁层状双金属，因其具有良好的电荷中和及补丁效应。.本项目不仅为通过有机及配位交联构建大尺寸、高阳电荷密度的水解胶原蛋白基杂化材料提供切实可行的科学依据，同时也为开发新型造纸助剂的研发提供了新的思路和方法，具有良好的理论价值和实践指导意义。