纳米纤维素的疏水改性及其在制浆造纸中的应用

发布时间：2017-05-12 12:16

  本文关键词：纳米纤维素的疏水改性及其在制浆造纸中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全世界范围内都面临的严峻的环境问题和资源缺乏问题，让人们更加注重纤维素的基础研究与应用。纳米纤维素作为一种环保型材料，因其具有许多独特的优良特性，受到各领域研究者的关注。纳米纤维素亲水性很强，，它们和非极性有机基质不能均匀混合，这极大地限制了纳米纤维素应用范围。为了拓展纳米纤维素的应用范围，需要对纳米纤维素进行疏水改性。本文采用不同木质纤维素原料制备纳米纤维素，利用疏水试剂对其进行改性，并研究其在制浆造纸中的应用。 采用TEMPO/NaBr/NaClO催化氧化体系并辅助超声分散的方法，分别以溶解浆（DSP）、漂白硫酸盐针叶木浆（KP）和杨木碱性过氧化氢机械浆（APMP）为原料，制备纳米纤维素。并利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、Zeta电位测定仪、X射线衍射分析仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、万能拉力机等对不同原料制备出的纳米纤维素的羧基含量、聚合度、表面电荷量、结晶度、结晶尺寸、形貌、粒径分布以及制备的纤维素膜表面粗糙度和强度等性能进行了表征与分析。研究结果表明，经过氧化和超声处理，制备出的纳米纤维素的氧化度、聚合度、电荷量以及纳米粒子的结晶尺寸、形貌等都有很大区别。随着次氯酸钠用量增加，纤维素的的羧基含量快速增加；与原料相比，纳米纤维素的平均聚合度明显降低；经过TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系氧化后，纤维素表面生成大量羧基，悬浮液的Zeta电位的电负值增加；经过TEMPO氧化超声处理后，KP、APMP和DSP三种原料的结晶指数均有所增加，纤维的晶体尺寸均稍有降低。 以溶解浆制备的纳米纤维素为原料用十八烷基胺（ODA）通过静电吸附作用和纳米纤维素形成络合物，得到疏水改性的纳米纤维素。通过以不同的羧基/胺基比例改性，得到疏水程度不同的纳米纤维素，并通过FTIR、XRD、元素分析、动态接触角和热重分析等手段对疏水纳米纤维素的性质进行检测。检测结果表明，该种疏水改性方法在保留纳米纤维素结晶度的情况下可以对纤维素表面的羧基完全取代，因此纳米纤维素的疏水程度得到很大提高，另外，疏水纳米纤维素的热分解温度也稍有提高。 将纳米纤维素用作纸页的浆内添加剂和表面涂布剂，并检测加入前后纸页的抗张指数、撕裂指数、白度、透气度、施胶度等物理性能参数，比较作用前后纸页的性质变化，也比较两种作用方法对纸页性能改善的情况。研究结果表明：浆内添加时，纳米纤维素可以将纸张抗张指数提高51%，而疏水产物不会提高纸页的抗张指数；添加改性纳米纤维素会降低纸页的白度；根据加入的纳米纤维素的量不同，纸页的透气度会有不同程度的降低；纳米纤维素的加入会增加纸页的撕裂指数，且少量添加会更利于撕裂指数的提高；疏水改性纳米纤维素可以提高纸页的施胶度，且改性比越大的改性纳米纤维素对纸页施胶度提高越大，1:4改性纳米纤维素加入量为10%时纸页的施胶度提高了5.6倍。相对于浆内添加，用疏水纳米纤维素作为纸页的表面施胶可以更大幅度提高纸页的施胶度，且对纸页白度的影响不明显。
【关键词】：TEMPO/NaBr/NaClO体系 纳米纤维素 疏水纳米纤维素 施胶
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TS72
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 天然纤维素资源12-14
• 1.1.1 简介12-13
• 1.1.2 纤维素的应用13-14
• 1.2 纤维素纤维的结构与破坏14-16
• 1.2.1 纤维素纤维的结构14-15
• 1.2.2 纤维素结构的破坏15-16
• 1.3 纳米纤维素的制备方法16-21
• 1.3.1 生物制备法16
• 1.3.2 化学制备法16-17
• 1.3.3 机械制备法17-21
• 1.4 纳米纤维素的表面改性21-22
• 1.5 纳米纤维素的应用22-24
• 1.6 论文的研究目的、意义和内容24-26
• 1.6.1 研究的目的和意义24
• 1.6.2 主要研究内容24-26
• 第2章 TEMPO/NaBr/NaClO 氧化木质纤维素制备纳米纤维素26-46
• 2.1 试验部分26-30
• 2.1.1 原料26
• 2.1.2 仪器及设备26-27
• 2.1.3 TEMPO 氧化制备纳米纤维素27
• 2.1.4 表征方法27-29
• 2.1.5 纳米纤维素膜制备29
• 2.1.6 纳米纤维素膜分析29-30
• 2.2 结果与讨论30-44
• 2.2.1 次氯酸钠用量对纳米纤维素羧基含量的影响30-31
• 2.2.2 次氯酸钠用量对聚合度的影响31-33
• 2.2.3 次氯酸钠用量对 Zeta 电位的影响33-34
• 2.2.4 纤维素结晶度的变化34-36
• 2.2.5 FT-IR 分析36-38
• 2.2.6 纳米纤维素的形貌观察38-40
• 2.2.7 纳米纤维素膜40-44
• 2.3 本章小结44-46
• 第三章 纳米纤维素的疏水改性46-56
• 3.1 试验部分46-49
• 3.1.1 原料46
• 3.1.2 仪器及设备46-47
• 3.1.3 实验方法47
• 3.1.4 表征方法47-49
• 3.2. 结果与讨论49-55
• 3.2.1 十八烷基胺在纤维素表面的结合49-51
• 3.2.2 取代度51-52
• 3.2.3 X-射线衍射分析52-53
• 3.2.4 接触角53-54
• 3.2.5 热重分析54-55
• 3.3 小结55-56
• 第4章 疏水纳米纤维素在制浆造纸中的应用56-64
• 4.1 试验部分56-58
• 4.1.1 原料56
• 4.1.2 仪器及设备56-57
• 4.1.3 试验方法57-58
• 4.2 结果与讨论58-63
• 4.2.1 改性前后纳米纤维素对纸页强度的影响58-59
• 4.2.2 改性前后纳米纤维素对撕裂指数的影响59-60
• 4.2.3 改性前后纳米纤维素对透气度的影响60-61
• 4.2.4 改性前后纳米纤维素对白度的影响61-62
• 4.2.5 纳米纤维素的表面施胶对纸张性能的影响62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 全文总结64-68
• 5.1 论文内容的总结64-65
• 5.2 论文的创新之处65-66
• 5.3 对下一步工作的建议66-68
• 参考文献68-78
• 致谢78-80
• 在学期间主要科研成果80
• 一、发表学术论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：359758