水稻秸秆纤维及纳米晶须的制备与应用

发布时间：2018-02-23 22:40

本文关键词： 水稻秸秆水稻秸秆纤维水稻秸秆纤维素纳米晶须 TEMPO氧化体系抗紫外线整理　出处：《东华大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：纤维素是一种以苷键连接而成的线型高分子化合物,普遍存在于自然界植物中,其年产量约为1.5×1012吨。如何合理并高效地使用这种地球上非常丰富的自然资源,以达到我们开发环境友好、生物降解和相容性优良的产品的需求,已经成为当前研究讨论的热点。诸如秸秆、树木枝干等植物废弃物均含有纤维素,可用来制备纤维素纳米晶须,既能一定程度上有效解决能源短缺问题,也避免了焚烧其废弃物带来的环境问题。为开发水稻秸秆纤维素高附加值的应用,本文以水稻秸秆为原料,采用碱性溶液体系进行化学处理;用TEMPO-NaClO-NaBr体系制备纤维素纳米晶须,并对其进行表征与分析,以期获得尺寸离散性小、制得率高的纤维素纳米晶须;采用二浸二轧工艺,将棉织物浸轧到含有纳米晶须、壳聚糖、单宁酸的溶液中,并对棉织物的相关性能进行表征与分析,以期获得抗紫外线、耐吸湿性能和耐洗度较好的棉织物。本文的主要研究内容包括:(1)水稻秸秆的基本结构性能与表征。通过对水稻秸秆化学成分、回潮率、红外光谱、表面和截面形态及结晶度等表征,测试分析得:回潮率为7.61%;主要含有半纤维素、木质素、纤维素、水溶物、果胶、脂蜡质几种化学成分,其中纤维素含量居第三位;水稻秸秆横截面为多孔状,部分孔洞封闭、而部分孔洞连续,且较大孔洞中随机分布着大小不等的球状颗粒;水稻秸秆纵向表面凹凸不平,也随机分散着大小不等的球状颗粒;其红外光谱图表现为典型的纤维素谱图;结晶度为29.76%。(2)水稻秸秆纤维制备工艺优化及表征。分析预处理和提纯工艺中化学试剂浓度、反应时间、固液比及温度对水稻秸秆失重率的影响,获得最优工艺,以提高纤维素的制得率。另,对提纯得到的水稻秸秆纤维进行化学成分分析、失重率、形貌测试、红外光谱测试及结(3)晶度测试,并与水稻秸秆原料的性能进行对比。分析可得:水稻秸秆纤维具有较高的纤维素含量,而半纤维素和木质素含量有明显的降低;表面的球状颗粒被清除,内部的球状颗粒也显著减少,纤维表面变得相对较光滑,半纤维素、果胶和木质素等非纤维素物质被部分去除;其结晶度高于水稻秸秆。(4)水稻秸秆纤维素纳米晶须制备与表征。将最优工艺制得的水稻秸秆纤维先进行二甲基亚砜处理,再采用TEMPO-NaCl O-NaBr催化氧化体系制备水稻秸秆纤维素纳米晶须,对其进行扫描电镜、红外光谱、结晶度、透射电镜、制得率及热重分析性能测试,并与水稻秸秆和水稻秸秆纤维进行对比。可得到如下结论:水稻秸秆纤维素纳米晶须直径集中分布在10~25nm之间,长度集中分布于200~400nm之间;冷冻干燥后晶须交织成多层网状,并随机分布着大小不等的孔隙;与水稻秸秆及纤维的红外光谱图相似,晶型为纤维素I型;结晶度为40.71%,高于水稻秸秆及纤维;纳米晶须的制得率在80%左右;热分解温度为320℃。(5)水稻秸秆纤维素纳米晶须在棉织物抗紫外线生态功能整理的应用。将制得的纳米晶须与壳聚糖溶液,在助剂单宁酸的作用下混合均匀,用于对平纹棉织物浸轧处理。分析不同纳米晶须含量对棉织物的断裂强力、红外光谱、接触角、耐洗度和抗紫外线性能的影响。分析可知:加入纳米晶须的棉织物,其断裂强力有较大幅度提高;红外光谱谱带无明显差异,这也表明采用TEMPO氧化法制得晶须晶型未发生改变;随着纳米晶须含量的增加,棉织物的吸湿性,先增加后降低;耐洗性和抗紫外性能都是随着纳米晶须的增加,先增加后降低,当含量为0.5%时,其性能达到最好。
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【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS102.2;TB383.1

【参考文献】