微/纳米纤维素纤丝的绿色制备及其增强应用研究
发布时间：2022-01-06 02:40
随着人们环保意识的不断提高,可再生资源产业悄然兴起,纳米纤维素凭借高比表面积、高拉伸强度、可再生和生物相容性等独特优势吸引了研究人员的广泛关注。目前,国内外主要采用化学法来制备纳米纤维素,但此方法存在污染大、废液难处理等缺陷。本研究以马尾松原纤维为原料,采用机械研磨法和酶解-机械法分别成功制备微/纳米纤维素纤丝（Micro/Nanofibrillated cellulose,M/NFC）,并将机械研磨法制备的微/纳米纤维素纤丝（M-M/NFC）用于增强纸张的机械性能,酶解-机械法所得的微/纳米纤维素纤丝（EM2-M/NFC）用于增强聚乙烯醇（PVA）纤维的力学性能。主要研究结果如下:（1）以马尾松原纤维为原料,通过机械研磨法和酶解-机械法分别得到不同尺寸的M/NFC。结果表明,采用机械研磨法制备的M-M/NFC（M-M/NFC1和M-M/NFC2）均呈现为纤丝状,平均长度分别为698μm、460μm;其保水值比马尾松原纤维高的多,分别为226.8%和245.8%,且卷曲指数、Kink指数和纤维粗度均较低,这一结论为M-M/NFC应用于纸张增强中提供了有利依据。酶解-机械法所得的EM2-...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TEMPO氧化纤维素的机理Fig.1-3TEMPOoxidizationofcellulose
第二章微/纳米纤维素纤丝的绿色制备与性能表征192.3结果与讨论2.3.1M/NFC的微观结构分析由图2-1(a)、图2-1(b)可以观察到，机械研磨法得到的M-M/NFC1和M-M/NFC2的形态均呈纤丝状，较为细长。由于剪切力作用时间各不相同，导致剪切力对纤维素的细纤维化程度不同，从而同种原料制得的M-M/NFC形貌存在一定差异。对比M-M/NFC1可知，M-M/NFC2的直径较小，比表面积较大；在图中我们还可以发现，M-M/NFC1及M-M/NFC2都呈现出了一定的分丝帚化，纤维之间的交织作用也比较明显，单根的纤维状态难以被观察。与M-M/NFC2相比，M-M/NFC1分丝帚化成纤维束的效果更为直观，说明制备M-M/NFC1时磨盘剪切力主要起分丝帚化作用，而制备M-M/NFC2时不仅起分丝帚化作用，还更大程度上存在切断作用。此外，M-M/NFC1及M-M/NFC2都出现了一定的团聚现象，且M-M/NFC1的团聚趋势高于M-M/NFC2，这是因为M-M/NFC1表面的负电荷比M-M/NFC2低，而纤维表面的电荷越低会使得样品在干燥过程中更容易产生团聚现象[101]。通过两段酶解-机械法制备的EM2-M/NFC纤维形态如图2-1(c)中所示，纤维多数呈现长棒状结构，纤维素的交联状态也有一定程度的增加。这归功于酶解反应属于较温和的水解反应。此外，分散的单根纤维的形态可以被局部清晰捕捉到，其直径缩小，形态变得更纤细。这是因为经过酶法处理后的纤维素悬浮液除了受磨盘剪切力外，在均质过程中也要受到经高压阀与撞击圈之间的喷嘴的较大冲击力和剪切力[45]。这一过程推进了细纤维化进程，使获得的EM2-M/NFC的粒径更校图2-1三种M/NFC样品的形貌图：(a)M-M/NFC1的SEM图；(b)M-M/NFC2的SEM图；(c)EM2-M/NFC的SEM图Fig.2-1Morphologyofthreemicro/nanofibrillatedcellulosesamples:(a)M-M/NFC1;(b)M-M/NFC2;(c)EM2-M/NFC
华南理工大学硕士学位论文22表2-5M-M/NFC1、M-M/NFC2、EM2-M/NFC的保水值及Zeta电位数据Table2-5WaterretentionvaluesandZetapotentialanalysisdataofM-M/NFC1,M-M/NFC2,EM2-M/NFC样品马尾松原纤维M-M/NFC1M-M/NFC2EM2-M/NFC保水值(%)52.5226.8245.8352.4Zeta电位(mV)—-25.2-55.6-74.272.3.4XRD分析图2-3是马尾松原纤维和三种M/NFC的X射线衍射分析图。观察图中可以发现，在2θ=14.8°和2θ=16.5°附近出现了两个强度不高但峰较宽的衍射峰，在2θ=22.5°附近出现了强度较高的尖锐衍射峰，同时一个较弱的衍射峰在2θ=34.5°左右显现，这分别代表纤维素I的结晶结构的110、110、002和040晶面。与原浆纤维相比，出现峰的位置变动不大，说明这两种制备方法并没有破坏纤维素的主要晶型结构，这符合典型的天然纤维素的I型结构[103]。图2-3马尾松原纤维和三种M/NFC的X射线衍射分析图Fig.2-3X-raydiffractionanalysisofMasonpinefiberandthreekindsofmicro/nanofibrillatedcellulose由(2-2)公式可计算出马尾松原纤维、M-M/NFC1、M-M/NFC2和EM2-M/NFC的结晶指数分别为61.29%、69.99%、67.34%和72.24%，如表2-6中显示。其中，EM2-
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然纤维素结晶结构的表征[J]. 胡英,李喆,柯勤飞,颜志勇. 合成纤维工业. 2018(03)
[2]纤维素酶解预处理辅助超声法制备竹浆纳米纤维素[J]. 汪雪琴,卢麒麟,林凤采,杨旋,张松华,黄彪,唐丽荣. 农业工程学报. 2018(09)
[3]聚苯胺包覆纤维素纳米晶/石墨烯复合电极材料的制备与性能[J]. 刘红霞,徐阳,周昌兵,韦春,樊新. 高分子材料科学与工程. 2017(11)
[4]纳米微纤丝纤维素及其在造纸中的应用研究现状[J]. 占正奉,陶正毅,刘忠,陈学萍. 中国造纸. 2017(07)
[5]纤维素纳米纤丝的制备及在纸张涂布中的应用[J]. 王晨晨,陈港,张宏伟. 造纸科学与技术. 2017(03)
[6]基于广角X射线散射技术的竹材纤维素晶型研究[J]. 安鑫,杨淑敏,韦鹏练,杨春明,费本华. 林产工业. 2016(12)
[7]花生壳纳米纤维素的制备与表征[J]. 刘潇,董海洲,侯汉学. 现代食品科技. 2015(03)
[8]酶解竹子溶解浆制备纳米微晶纤维素的研究[J]. 卓治非,房桂干,王戈,沈葵忠,邓拥军,卢婷婷. 造纸科学与技术. 2014(03)
[9]我国重点行业节能减排潜力分析[J]. 侯步蟾. 才智. 2013(27)
[10]天然植物纤维素的改性技术及研究进展[J]. 尹婵,魏晓奕,李积华,王飞. 广东化工. 2012(15)
博士论文
[1]纤维素纳米纤丝制备及晶型转化研究[D]. 王海莹.南京林业大学 2014
硕士论文
[1]聚乳酸/纤维素纳米纤维复合材料的结构与性能[D]. 应泽人.扬州大学 2019
[2]竹纳米纤维素晶体/聚乙烯醇复合材料的制备和表征[D]. 王书强.浙江农林大学 2016
[3]角蛋白/PVA共混溶液性能及纤维成形机理[D]. 齐萌.中原工学院 2013
[4]微纤化纤维素的制备及其对纸张增强效果的应用研究[D]. 张俊华.广西大学 2008
本文编号：3571559
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TEMPO氧化纤维素的机理Fig.1-3TEMPOoxidizationofcellulose
第二章微/纳米纤维素纤丝的绿色制备与性能表征192.3结果与讨论2.3.1M/NFC的微观结构分析由图2-1(a)、图2-1(b)可以观察到，机械研磨法得到的M-M/NFC1和M-M/NFC2的形态均呈纤丝状，较为细长。由于剪切力作用时间各不相同，导致剪切力对纤维素的细纤维化程度不同，从而同种原料制得的M-M/NFC形貌存在一定差异。对比M-M/NFC1可知，M-M/NFC2的直径较小，比表面积较大；在图中我们还可以发现，M-M/NFC1及M-M/NFC2都呈现出了一定的分丝帚化，纤维之间的交织作用也比较明显，单根的纤维状态难以被观察。与M-M/NFC2相比，M-M/NFC1分丝帚化成纤维束的效果更为直观，说明制备M-M/NFC1时磨盘剪切力主要起分丝帚化作用，而制备M-M/NFC2时不仅起分丝帚化作用，还更大程度上存在切断作用。此外，M-M/NFC1及M-M/NFC2都出现了一定的团聚现象，且M-M/NFC1的团聚趋势高于M-M/NFC2，这是因为M-M/NFC1表面的负电荷比M-M/NFC2低，而纤维表面的电荷越低会使得样品在干燥过程中更容易产生团聚现象[101]。通过两段酶解-机械法制备的EM2-M/NFC纤维形态如图2-1(c)中所示，纤维多数呈现长棒状结构，纤维素的交联状态也有一定程度的增加。这归功于酶解反应属于较温和的水解反应。此外，分散的单根纤维的形态可以被局部清晰捕捉到，其直径缩小，形态变得更纤细。这是因为经过酶法处理后的纤维素悬浮液除了受磨盘剪切力外，在均质过程中也要受到经高压阀与撞击圈之间的喷嘴的较大冲击力和剪切力[45]。这一过程推进了细纤维化进程，使获得的EM2-M/NFC的粒径更校图2-1三种M/NFC样品的形貌图：(a)M-M/NFC1的SEM图；(b)M-M/NFC2的SEM图；(c)EM2-M/NFC的SEM图Fig.2-1Morphologyofthreemicro/nanofibrillatedcellulosesamples:(a)M-M/NFC1;(b)M-M/NFC2;(c)EM2-M/NFC
华南理工大学硕士学位论文22表2-5M-M/NFC1、M-M/NFC2、EM2-M/NFC的保水值及Zeta电位数据Table2-5WaterretentionvaluesandZetapotentialanalysisdataofM-M/NFC1,M-M/NFC2,EM2-M/NFC样品马尾松原纤维M-M/NFC1M-M/NFC2EM2-M/NFC保水值(%)52.5226.8245.8352.4Zeta电位(mV)—-25.2-55.6-74.272.3.4XRD分析图2-3是马尾松原纤维和三种M/NFC的X射线衍射分析图。观察图中可以发现，在2θ=14.8°和2θ=16.5°附近出现了两个强度不高但峰较宽的衍射峰，在2θ=22.5°附近出现了强度较高的尖锐衍射峰，同时一个较弱的衍射峰在2θ=34.5°左右显现，这分别代表纤维素I的结晶结构的110、110、002和040晶面。与原浆纤维相比，出现峰的位置变动不大，说明这两种制备方法并没有破坏纤维素的主要晶型结构，这符合典型的天然纤维素的I型结构[103]。图2-3马尾松原纤维和三种M/NFC的X射线衍射分析图Fig.2-3X-raydiffractionanalysisofMasonpinefiberandthreekindsofmicro/nanofibrillatedcellulose由(2-2)公式可计算出马尾松原纤维、M-M/NFC1、M-M/NFC2和EM2-M/NFC的结晶指数分别为61.29%、69.99%、67.34%和72.24%，如表2-6中显示。其中，EM2-
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然纤维素结晶结构的表征[J]. 胡英,李喆,柯勤飞,颜志勇. 合成纤维工业. 2018(03)
[2]纤维素酶解预处理辅助超声法制备竹浆纳米纤维素[J]. 汪雪琴,卢麒麟,林凤采,杨旋,张松华,黄彪,唐丽荣. 农业工程学报. 2018(09)
[3]聚苯胺包覆纤维素纳米晶/石墨烯复合电极材料的制备与性能[J]. 刘红霞,徐阳,周昌兵,韦春,樊新. 高分子材料科学与工程. 2017(11)
[4]纳米微纤丝纤维素及其在造纸中的应用研究现状[J]. 占正奉,陶正毅,刘忠,陈学萍. 中国造纸. 2017(07)
[5]纤维素纳米纤丝的制备及在纸张涂布中的应用[J]. 王晨晨,陈港,张宏伟. 造纸科学与技术. 2017(03)
[6]基于广角X射线散射技术的竹材纤维素晶型研究[J]. 安鑫,杨淑敏,韦鹏练,杨春明,费本华. 林产工业. 2016(12)
[7]花生壳纳米纤维素的制备与表征[J]. 刘潇,董海洲,侯汉学. 现代食品科技. 2015(03)
[8]酶解竹子溶解浆制备纳米微晶纤维素的研究[J]. 卓治非,房桂干,王戈,沈葵忠,邓拥军,卢婷婷. 造纸科学与技术. 2014(03)
[9]我国重点行业节能减排潜力分析[J]. 侯步蟾. 才智. 2013(27)
[10]天然植物纤维素的改性技术及研究进展[J]. 尹婵,魏晓奕,李积华,王飞. 广东化工. 2012(15)
博士论文
[1]纤维素纳米纤丝制备及晶型转化研究[D]. 王海莹.南京林业大学 2014
硕士论文
[1]聚乳酸/纤维素纳米纤维复合材料的结构与性能[D]. 应泽人.扬州大学 2019
[2]竹纳米纤维素晶体/聚乙烯醇复合材料的制备和表征[D]. 王书强.浙江农林大学 2016
[3]角蛋白/PVA共混溶液性能及纤维成形机理[D]. 齐萌.中原工学院 2013
[4]微纤化纤维素的制备及其对纸张增强效果的应用研究[D]. 张俊华.广西大学 2008
本文编号：3571559
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3571559.html
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