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《南京林业大学》 2015年
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酶处理结合机械法分离纳米纤维素的特性研究

王超  
【摘要】:纳米纤维素具备比强度高、热膨胀系数低、易化学改性、成本低、可再生、可生物降解、环境友好等特性,是一种理想的用于增强聚合物的材料。使用纳米纤维素改性的聚合物材料具备良好的生物可降解性,可以替代传统的石油化工产品等一些不能生物降解的聚合物材料。传统的酸解法制备纳米纤维素水解剧烈,对环境影响大,对反应设备要求高,因此开发一种简单、低成本和对环境友好的纳米纤维素制备方法极为重要。本研究以纸浆为原料分离纤维素,利用提纯纤维素酶使纤维素在温和的条件下水解,并结合研磨和高压均质机械方法制备纳米纤维素,利用现代分析技术表征其形态和性能;利用制备的纳米纤维素添加到聚乙烯醇树脂中制备纳米纤维素/聚乙烯醇复合薄膜,研究其力学性能、光学特性和电学特性,结果表明:(1)最佳木聚糖酶处理条件下,产物中纤维素相对含量为95.45%;最佳碱处理条件下,产物纤维素相对含量高达98.12%。碱处理提纯的纤维素纯度更高。(2)纸浆原料的纤维素结晶度Cr I值为77.50%。在最优木聚糖酶处理条件下产物Cr I达到81.93%;在最佳碱处理条件下,纸浆中纤维素结晶度Cr I值上升到85.89%。木聚糖酶处理和碱处理都没有使纤维素的晶型发生转变。(3)经硫酸铵分级沉淀法提纯之后,内切葡聚糖酶的比活力显著提高,由0.135IU/mg提高到0.245IU/mg,并且具有高达84.57%的酶活回收率。纤维素酶和提纯纤维素酶的最佳酶添加量均为30IU/g底物。在同样的酶添加量条件下,提纯纤维素酶的酶解得率要低于纤维素酶的酶解得率;无论是提纯后的纤维素酶还是纤维素酶混合酶体系作用于碱法纤维素原料,酶解得率均随着酶解时间的增加而变大,在24h之后增长极为缓慢。(4)经过提纯纤维素酶处理后,纤维素晶型仍然保持为纤维素I型。纤维素的结晶度值随着酶解时间的延长而增大;通过提纯纤维素酶处理,纤维素的平均聚合度有显著下降。纤维素分子的尺寸粒径大小都有很大程度的降低。(5)提纯纤维素酶处理,以及研磨高压均质处理,都没有破坏纤维素的化学结构和热稳定性。酶处理前后和机械处理后的三种纤维素在水分散体系中其表面显电负性。经最优处理工艺条件的提纯纤维素酶处理之后和后续机械研磨均质处理,纤维水分散体系的Zeta电位绝对值分别由16.63m V增大到17.16m V和18.25m V;(6)经提纯纤维素酶处理以后,纤维素原料纤维长度急剧减短,被酶水解为短棒状的纤维,长径比小;纤维表面多处出现了较为明显的断裂和缺口。再经研磨结合高压均质处理后纤维丝束之间互相缠绕内部纤维团聚,直径达到纳米级别。(7)纳米纤维素对PVA树脂有增强作用。纳米纤维素在纳米纤维素/聚乙烯醇复合薄膜中添加量的增加会使得薄膜复合材料的拉伸强度增大和断裂伸长率降低。纳米纤维素的添加量达到5%时,复合材料的拉伸强度增大到105MPa,比纯PVA树脂的拉伸强度相比提升了10.2%;断裂伸长率降低到12.0%,相比纯净的PVA树脂的断裂伸长率降低了57.3%。与纯净PVA薄膜相比,纳米纤维素/聚乙烯醇复合薄膜的透光性下降,由95.92%降低到纳米纤维素添加量为5%时的88.2%,减弱幅度较低。纳米纤维素的添加量增加会引起纳米纤维素/聚乙烯醇复合薄膜表面电阻率的增加,并对其相对介电常数和损耗角正切值等介电性能有影响。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ352.1;TB383.1

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