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纳米纤维素纤维的制备及其应用的研究

李萌  
【摘要】:纳米纤维素纤维是一种从天然纤维素中提取出来的纳米级的生物质基高分子材料,不仅具有来源广、价格低廉、无毒、生物相容性好、高杨氏模量、高拉伸强度、高结晶度和可生物降解等优点,还兼具纳米材料的高比表面积、高反应活性、小尺寸效应、量子隧道效应等特性,因此,纳米纤维素纤维己成为当前的研究热点。 本文以甜菜渣为原料,结合高压均质技术和化学处理制备了纳米纤维素纤维,并对其性能进行分析。研究结果表明,化学处理能有效地去除原料中的果胶、半纤维素和木质素等无定形区的物质,半纤维素含量从25.40%降到了7.01%,木质素被彻底消除了,纤维素含量从44.96%增加到了82.83%。高压均质处理能够彻底破坏甜菜渣的细胞结构,成功地让纳米纤维素纤维从细胞壁中释放出来,最终得到的纳米纤维素纤维的直径均小于70nmo。纳米纤维素纤维的结晶度从35.10%提高到了77.89%,热降解温度从224.4℃提升到了272.7℃。 通过溶液浇铸法制得塑性淀粉/纳米纤维素纤维复合膜(PS/CNFs),研究纳米纤维素纤维对淀粉膜的表观形貌、结晶度、亲水性、透湿性和热稳定性等理化性能的影响。研究结果表明,当纳米纤维素纤维含量小于或者等于15%时,其能够非常均匀地分布在淀粉基体中,这是因为淀粉和塑化剂与纳米纤维素纤维有着很好的相容性;当纳米纤维素纤维含量达到20%时,它的分散性能会变差,出现了很多的团聚现象。纳米纤维素纤维能够提高淀粉膜的结晶度和玻璃化转变温度(39.56℃升到了57.35℃),同时显著地降低了淀粉膜的亲水性(接触角从49.460增大到88.57°)、透湿性(透湿系数从4.734×10-7g.Pa-1. h-1. m-1降到了3.001×10-g.Pa-1.h-1.m-1)和透光性(吸光度值从101.253AU.nm升到了218.596AU.nm)。 通过将纳米纤维素纤维作为填料来进行考察,研究了纳米纤维素纤维对PS/CNFs膜的流变学特性的影响。结果表明:当纳米纤维素纤维的含量小于或者等于15%时,PS/CNFs膜的储能模量和损耗模量均随纳米纤维素纤维含量的增加而增大,而蠕变形变、不可恢复形变和蠕变柔量均随纳米纤维素纤维浓度的增加而减小;Power law模型和Burgers'模型能够对实验数据进行很好的拟合(R20.981)。 利用微波辅助化学处理的方法制备了纤维素纤维,并对其进行了化学成分和理化特性进行了分析。结果表明:纤维素纤维的直径在10-20gm之间,半纤维素的含量从42.25%降到了10.68%,木质素的含量从10.78%降到了2.21%,而纤维素的含量却从40.16%提升到了86.18%;结晶指数从32.7%增加到了73%,热分解温度从235℃提升到了262℃。


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