氧化活化木素提高植物纖維交聯(lián)性能的研究.pdf

1、我國屬于世界上森林覆蓋率比較低的國家之一,木材原料不足,已成為制約纖維制品(纖維板、紙張等)生產(chǎn)和發(fā)展的瓶頸。但我國卻擁有豐富的農(nóng)作物秸稈資源,研究與開發(fā)農(nóng)作物纖維對于緩解我國將長期面臨的木材供需矛盾具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另一方面,在纖維制品的制備過程中人們通常采用脲醛樹脂(UF)和三聚氰胺甲醛樹脂(MF)等能與纖維素交聯(lián)的化學(xué)助劑來提高纖維之間的膠合性能和耐水性能。然而,由于酚醛樹脂和脲醛樹脂等均會(huì)在使用過程中放出游離甲醛,對人們的生命

2、健康帶來危害。采用生物的方法提高纖維制品的強(qiáng)度能夠有效地解決以上問題。本論文主要研究漆酶和芬頓試劑活化纖維表面的木素以及外加的木素使得纖維之間以及纖維與木素之間發(fā)生交聯(lián)提高纖維之間的“膠合”性能,以期能夠增加纖維制品的強(qiáng)度(尤其是濕強(qiáng)度)。研究結(jié)果顯示:
　　 (1)采用漆酶活化麥草化機(jī)漿纖維以及乙酸木素壓制中密度纖維板,板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度比空白樣提高了89.5％,吸水厚度膨脹系數(shù)降低了69.4％。漆酶協(xié)同乙酸木素活化麥草制備纖維板

3、的優(yōu)化條件為:漆酶用量30 U/g絕干纖維,pH值4.5-5.5,添加8％乙酸木素,反應(yīng)溫度45℃,處理時(shí)間2 h。在此條件下獲得的纖維板的吸水厚度膨脹率(TS)、靜曲強(qiáng)度(MOR)、彈性模量(MOE)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度(IB)分別為18.5％、27.8 MPa、3.2 GPa和0.84 MPa。
　　 漆酶活化麥草纖維與乙酸木素能夠提高紙板的干濕強(qiáng)度,特別是能夠顯著提高紙板的濕強(qiáng)度,濕抗張指數(shù)提高了2.2倍,濕耐破指數(shù)提高到空白樣的

4、2.0倍。漆酶活化未漂麥草化機(jī)漿及乙酸木素提高紙張濕強(qiáng)度的較佳的處理?xiàng)l件為:漆酶用量為20 U/g絕干漿,pH值5.0,添加1.5％乙酸木素。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下制得的瓦楞原紙各項(xiàng)指標(biāo)都超過瓦楞原紙國家標(biāo)準(zhǔn)(GB13023-91)A級(jí)指標(biāo)。
　　 (2)在漆酶體系中加入少量從二沉池廢水中沉淀出來的木素,纖維板的靜曲強(qiáng)度和彈性模量增加的幅度最為明顯,靜曲強(qiáng)度(MOR)與彈性模量(MOE)相較于空白樣分別提高了28.72％和41.18

5、％。
　　 在漆酶體系下,加入少量二沉池廢水木素,紙板的干濕強(qiáng)度都有所提高。尤其是紙板的濕強(qiáng)度提高幅度較大。濕抗張指數(shù)比漆酶單獨(dú)處理樣品提高了11.94％,比空白樣提高了54.11％。其濕耐破指數(shù)比單純漆酶處理的樣品提高了53.3％。
　　 在漆酶作用體系下,添加酶法絮凝廢水析出的沉淀物,纖維板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度比空白樣提高了71.05％,吸水厚度膨脹率比空白樣降低了75.9％。
　　 (3)由于Cd2+、Cu2+能夠

6、提高漆酶的活性,在漆酶活化麥草纖維體系中,加入Cd2+、Cu2+對纖維板的增強(qiáng)效果較為明顯。加入Cd2+纖維板試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度比空白樣提高了68.4％,比漆酶處理樣提高了36.2％,達(dá)到了0.64MPa。采用Cu2+作為酶激活劑時(shí),當(dāng)Cu2+濃度為3mmol/L時(shí)纖維板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到最大。加入Cu2+的試樣的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度比空自樣提高了27.7％。
　　 在漆酶反應(yīng)體系中加入金屬離子對紙板濕強(qiáng)度的提高也有明顯的效果。Cd2+、Cu

7、2+對紙板的濕強(qiáng)度影響較為明顯。其中Cd2+的影響最為明顯,濕抗張指數(shù)比空白樣提高了41.10％,比對照樣提高了19.77％:其次,Cu2+對紙板的濕強(qiáng)度提高也較為明顯,在漆酶體系下使?jié)窨箯堉笖?shù)比空白樣提高了35.62％,比對照樣提高了15.12％。
　　 (4)研究發(fā)現(xiàn):氨基酸和紙漿纖維上的木素發(fā)生Michael AddiTiO2反應(yīng),增加纖維中氨基和羧基的含量,提高氫鍵的數(shù)量。采用明膠等蛋白質(zhì)進(jìn)行Michael反應(yīng)時(shí),還能促

8、使纖維之間的交聯(lián)。在選出的代表性氨基酸中,酪氨酸對酶法纖維板的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度影響最大,比空白樣提高了92.1％,達(dá)到了0.73 MPa。組氨酸對纖維板的彈性模量和靜曲強(qiáng)度影響最為明顯,分別比空白樣提高了1倍與1.1倍。漆酶協(xié)同明膠能夠有效地提高紙張的強(qiáng)度。探討了漆酶處理?xiàng)l件以及明膠用量對紙張強(qiáng)度的影響。漆酶催化明膠增強(qiáng)以未漂針葉木硫酸鹽漿為原料的紙張的強(qiáng)度的較佳的工藝條件為:明膠用量2％(對絕干漿),pH值為6,酶用量50U/g絕干漿。

9、r>　　 (5)芬頓試劑對纖維板的力學(xué)性能與抗水性能都有顯著地改善。芬頓試劑協(xié)同工業(yè)木素處理后纖維板的性能有了進(jìn)一步的增加,內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到0.86MPa,吸水厚度膨脹系數(shù)降至25.3％。
　　 木素含量較高的未漂針葉木硫酸鹽漿經(jīng)芬頓試劑處理后,纖維的結(jié)晶度降低了8.4％,粘度也有所降低,降低了25.7％。可見芬頓試劑對碳水化合物有一定程度的降低。經(jīng)芬頓試劑處理后的纖維制備的紙張與未處理樣相比,除撕裂指數(shù)略有所降低外,干強(qiáng)度和濕