納米纖維素晶體的制備及其在制漿造紙中的應(yīng)用.pdf

1、在煤、石油和天然氣等不可再生資源日益枯竭的現(xiàn)狀下,充分開(kāi)發(fā)利用可再生資源成為必然趨勢(shì)。天然纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)資源,是自然界中分布最廣的生物高分子,它存在于各種各樣的生物如植物、動(dòng)物以及一些細(xì)菌等中。納米纖維素晶體(nanocrystalline cellulose,NCC)是從天然纖維中提取出的一種納米級(jí)的纖維素,它不僅具有具有納米顆粒的特征,還具有一些獨(dú)特的強(qiáng)度和光學(xué)性能,具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 論文分別采用硫酸

2、水解法和酶水解法制備NCC。以漂白闊葉木硫酸鹽漿為原料,用硫酸水解法制得NCC,通過(guò)X-射線衍射分析(XRD)、顆粒電荷測(cè)定儀(PCD)、原子力顯微鏡(AFM)和偏光顯微鏡等分析手段,對(duì)其形態(tài)和光學(xué)特性進(jìn)行了表征,并研究了反應(yīng)條件對(duì)NCC的結(jié)晶度、產(chǎn)物得率、表觀電倚密度的影響。研究結(jié)果表明,反應(yīng)溫度和酸漿比對(duì)產(chǎn)物得率有決定性的影響。用64％的硫酸制備的NCC得率在23.32％～33.56％之間。由AFM觀察和X射線衍射分析可知,NCC是

3、橫截面尺寸在納米范圍、長(zhǎng)徑比很大、結(jié)晶度很高(能夠超過(guò)80％)的長(zhǎng)棒狀晶體。將NCC懸浮液置于釔穩(wěn)定的氧化鋯單晶(100)表面,在自然條件下蒸發(fā),可以得到具有特殊光學(xué)性質(zhì)的膜。在偏振光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)這種膜能夠反射偏振光,且反射光的顏色隨著入射光角度的變化而變化。
　　 對(duì)酶法制備NCC的工藝條件進(jìn)行了探索,研究發(fā)現(xiàn)使用MCC為底物時(shí),改變酶的種類、用量等均很難得到均勻的NCC懸浮液,NCC的得率很低；當(dāng)使用漂白針葉木硫酸鹽漿作

4、底物時(shí),使用纖維素酶在用量為80000 IU/g絕干漿,水解時(shí)間4d,pH4.8,溫度50℃的反應(yīng)條件下能得到NCC,得率為18.37％,產(chǎn)物表面不帶電荷。
　　 使用3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride,CHTMAC)對(duì)NCC進(jìn)行了陽(yáng)離子化改性,發(fā)現(xiàn)可以對(duì)NCC成功進(jìn)行陽(yáng)離子化。探索了陽(yáng)離子化改性的適宜工藝條件,研究了pH對(duì)改性NC

5、C表觀電荷密度的影響發(fā)現(xiàn),其表脫電荷密度隨pH的升高而降低。對(duì)改性NCC的理化性質(zhì)進(jìn)行了初步的研究,NCC失去了手性液晶相的性質(zhì),其形成的薄膜在偏光顯微鏡下不再具有特殊的光學(xué)性質(zhì)。
　　 使用硼酸鹽對(duì)NCC進(jìn)行了陰離子化改性,研究發(fā)現(xiàn),硼酸鹽能夠使NCC的表觀電荷密度升高,改性后的NCC仍具有手性向列液晶相的性質(zhì),在偏光顯微鏡下觀察到其在光滑晶片表面形成的膜所反射的光的顏色隨入射角的改變而變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),改性NCC的表觀電荷密度

6、隨pH值的降低而降低。
　　 對(duì)NCC和改性NCC在造紙中的應(yīng)用進(jìn)行了探索,發(fā)現(xiàn)NCC和改性NCC濕部添加能夠提高紙張的抗張強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度。NCC的制備工藝條件不同,其對(duì)紙張的增強(qiáng)效果亦有差異。陰離子化改性的NCC在用量為2.5％時(shí)可以使紙張的裂斷長(zhǎng)提高15.7％,在用量為0.5％時(shí)使撕裂指數(shù)提高了14.9％。陽(yáng)離子化改性的NCC在用量為0.2％時(shí)可使裂斷長(zhǎng)提高11.2％,撕裂指數(shù)提高29.4％。
　　 將NCC及改性N