胍基化簇修饰壳聚糖：一种环保型湿强纸增强剂的创新设计与性能研究

本文推荐一种基于胍基化簇修饰壳聚糖（CS-g2-gu）的绿色湿强树脂，其通过离子簇策略增强与纤维素纤维的静电相互作用，实现干强度~57 MPa、湿强度~3 MPa（1 wt%添加量），性能媲美传统PAE树脂，同时具备可回收性和抗菌性，为替代石油基湿强剂（如PAE、甲醛树脂）提供可持续解决方案。

　　

Highlight

本研究通过将阳离子基团簇聚化修饰壳聚糖（CS-g2-gu），开发了一种无有机氯/甲醛的环保湿强树脂。其独特的离子簇结构（3.44 mmol/g阳离子含量）显著增强与纤维素纤维的多重物理相互作用网络，使纸张在1 wt%添加量下干/湿强度分别达~57 MPa和~3 MPa，较对照组提升3倍和10倍，性能与PAE树脂相当，同时兼具可再分散性和抗菌活性。

Materials

壳聚糖粉末（脱乙酰度≥90%，分子量>400,000 Da）、乙二胺（EDA）、丙烯酸甲酯等购自中国供应商。采用悬浮反应体系，通过逐步接枝聚酰胺胺树枝状分子（PAMAM g1.5）和胍基化改性（图1a），构建高电荷密度的簇状结构。

Synthesis and characterizations

通过树枝状分子（g2）预修饰壳聚糖（CS），再引入胍基阳离子簇（图S4），破坏聚合物原有氢键网络并赋予其水溶性。FTIR和¹H NMR证实胍基成功接枝（图2），电荷密度达3.44 mmol/g，显著高于传统阳离子淀粉。

Conclusions

胍基化簇修饰策略通过局部高密度阳离子簇与纤维的强静电作用，实现了壳聚糖基湿强树脂的性能突破。该生物基树脂在环保性（无甲醛/氯）、机械强度（媲美PAE）和功能性（抗菌、可回收）方面展现出综合优势，为绿色造纸工业提供了新选择。