蔗渣纖維素基多孔泡沫材料的制備及其微纖絲增強(qiáng)機(jī)理的研究.pdf

1、蔗渣纖維素基泡沫以三維分布的纖維素（漂白漿）為基體，是一種新型的環(huán)境友好、無毒、可降解的低密度多孔材料，在阻隔材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但纖維素基泡沫具有強(qiáng)度差、易受潮霉變、合成三維結(jié)構(gòu)困難等問題。論文利用Pickering乳液原理，自制纖維素微纖絲(MFC)作為Pickering泡沫穩(wěn)定劑，結(jié)合在氣/液界面表面，從而阻止氣泡的聚結(jié)、坍塌，穩(wěn)定濕泡沫系統(tǒng);另外，利用凝膠捕獲技術(shù)，采用第二種溶液，使納米纖維素(NFC)分散在氣/液界面表

2、面，發(fā)生水相凝膠現(xiàn)象，從而增加泡沫濕強(qiáng)，獲得三維立體結(jié)構(gòu)的纖維素基泡沫材料。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　選擇泡沫成型法制備纖維素基多孔泡沫材料。研究發(fā)現(xiàn)，泡沫成型法環(huán)境友好、簡單易行、能耗低，可成功用于蔗渣漿制備纖維素基多孔泡沫材料。文章分析了纖維形態(tài)、表面活性劑影響濕泡沫穩(wěn)定性的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)較寬的纖維長度分布有利于泡沫液的發(fā)泡性能;纖維多分散值越大，濕泡沫的氣泡直徑越小、分布越集中。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)了

3、濕泡沫的生成過程，優(yōu)化了泡沫成型過程并評(píng)估漿濃、攪拌速率和攪拌時(shí)間對(duì)濕泡沫發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性的影響和交互作用。經(jīng)優(yōu)化后的最佳成型條件為:漿濃為1.5％左右，攪拌速率為2000rpm，攪拌時(shí)間為15min，此時(shí)能夠保證得到的泡沫體積最大，為337mL;同時(shí)空氣含量最大，為75％。
　　選用蔗渣漿作為原料，采用預(yù)打漿結(jié)合酶水解的預(yù)處理方法，通過使用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備高濃盤磨打漿機(jī)進(jìn)行高濃打漿制備MFC。針對(duì)漂白蔗渣漿中半纖維素含量高的特點(diǎn)

4、，選用木聚糖酶水解半纖維素。獲得的產(chǎn)品CXC-MFC呈膠狀，纖維平均直徑為140nm，直徑尺寸范圍為30～240nm，平均長度為2.66μm，長度尺寸范圍為0.7～6.5μm，通過FTIR、IC、XRD等設(shè)備分析，可知CXC-MFC的纖維組分和晶型結(jié)構(gòu)均未發(fā)生變化。進(jìn)一步研究了預(yù)打漿結(jié)合木聚糖酶預(yù)處理對(duì)纖維形態(tài)的影響及作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn):1)預(yù)打漿可顯著減小纖維的長度和寬度，分別從1.70mm、23.24μm分別減小至1.17mm和16.5

5、7μm，細(xì)小纖維含量從30％上升至68％，且纖維表面分絲帚化明顯，為后期酶處理增加了接觸點(diǎn)，可有效提高酶的作用效果。2)木聚糖酶水解制備MFC得率高且能耗低，與纖維素酶比較，纖維素酶會(huì)將細(xì)胞壁中部分MFC水解成糖類物質(zhì)，使?jié){料變得粘稠，形成的毛狀物質(zhì)裹附在纖維細(xì)胞表面，不利于后期MFC的分散獲取，而且會(huì)降低MFC的得率。而木聚糖酶專一作用于半纖維素，對(duì)纖維素沒有作用，由于半纖維素的水解MFC被暴露出來且相對(duì)完整的保留了下來，有利于后期M

6、FC的制備及分離，對(duì)得率的影響也小。
　　研究了纖維素基泡沫三維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素及其穩(wěn)定機(jī)理。在原纖維懸浮液中添加NFC、MFC，構(gòu)建Pickering泡沫，穩(wěn)定纖維素基濕泡沫的氣/水界面，同時(shí)，覆蓋在蔗渣纖維大分子搭接的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，起到減小泡沫孔徑的作用;另外，借助第二液體的膠體轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，進(jìn)一步加強(qiáng)Pickering泡沫體系的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，從而保證烘干過程中固態(tài)泡沫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。纖維素微纖的添加同時(shí)增加了蔗渣纖維基多孔泡沫材料的機(jī)械性

7、能。通過添加纖維素微纖成功增加了海綿泡沫的抗壓強(qiáng)度，且沒有改變其超輕的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)添加2wt％（干漿重）MFC時(shí)，泡沫抗壓強(qiáng)度為＞2.0psi，孔隙率為92.1±1.8％，密度為0.01kg/m3。
　　在陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)存在的情況下，從流變學(xué)的角度進(jìn)行分析，纖維素纖維之間的相互作用可以視為聚電解質(zhì)濃度和電荷密度之間的函數(shù)。在漿料的屈服應(yīng)力對(duì)CPAM濃度的響應(yīng)關(guān)系中，CPAM的電荷密度是最主要的影響因素。通過數(shù)據(jù)考察不同表