纸浆酶解制备纳米纤维素及其复合膜研究
发布时间：2020-03-19 06:45
【摘要】：纳米纤维素具有高比表面积、高拉伸强度、高透明度和可再生性等一系列优点,目前国内外主流制备方法是采用酸水解或者氧化结合机械均质的手段来制备纤维素纳米晶体(CNCs,Cellulose Nanocrystals)及纤维素纳米纤丝(CNF,Cellulose Nanofiber)。但这些方法存在污染较大或耗能较高等缺点。酶水解法制备纳米纤维素,因其绿色环保、纤维素酶对底物的高效和专一性等多种优势,正受到越来越多的重视和关注。本文采用纸浆复合酶水解制备纳米晶体纤维素,通过控制和优化反应条件实现了纳米纤维素的可控制备,在不同酶活浓度和反应时间条件下制备出棒状纳米纤维素(CNC-L)与球形纳米纤维素(CNC-H);研究比较了酶解法与目前较常用的TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物)氧化机械法所制备的纯纳米纤维素膜在性能上的差异;将酶解法制备的CNC-L与CNC-H和壳聚糖(CS,Chitosan)溶液按照一定比例,采用共混流延方法制备复合薄膜,通过SEM、FT-IR、XRD、热重分析、透光性能、机械拉伸、透气率、透氧率等分析测试手段对纳米纤维素复合膜进行表征和分析。本文主要结果与结论如下:(1)在相对低酶活的范围内(1-50 μ/mL),制备的纳米纤维素是条状和棒状形貌,且随着时间和浓度的增加,纤维长度不断减小,范围在300-800 nm,纳米纤维素的结晶度有所提高;(2)在相对高酶活的条件下(100-500 μ/mL),制备的纳米纤维素呈微球形貌,浓度的进一步增加使得棒状纤维迅速减少,球形粒子大小范围在50-130 nm,纳米纤维素的结晶度有所降低;(3)酶解法制备的CNC-L与CNC-H都可成膜,然而纯CNC-H成膜性较差,膜强度较低,这与CNC-H的球形结构有关;CNC-L成膜性较好,30μm和60μm膜厚时拉伸强度分别为39.45 MPa和48.92 MPa,低于CNF膜;弹性模量较高,分别为6306.05 MPa和9313.63 MPa,较CNF膜有较大提升。(4)相比于纯壳聚糖膜,酶解法纳米纤维素与壳聚糖溶液共混流延制备的CS/CNC复合膜在某些性能上有所提升,CNC-L对复合膜机械性能提升较多,15%的CNC-L提高了膜拉伸强度54.04%,弹性模量提高335.8%;1%的CNC-H降低了复合膜透气率14.1%,5%的CNC-H降低透氧率效果最好,降低了 40.9%。
【图文】：
０１逡逑冷：。碌：逡逑塺逡逑图１－２纤维素分子链形成氧键的模型斟１９］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｍｏｄｅｌ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｙｄｒｏｇｅｎ邋ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｏｆ邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ逡逑１．２．２纤维素的聚集态结构逡逑纤维素结构上实际上包含了葡萄糖高分子聚合物的单分子层，自组装的纤维素晶体逡逑超分子层，纤维素晶体、无定形纤维素分子组成基元原纤并进一步自组装成更大的原纤逡逑结构层纤维素易于结晶和形成原纤结构，原纤是一种细小伸展的单元，这种单元能构逡逑成纤维素的生体结构，并使长的分子链在某＿方向上聚集成束，由于原纤聚集的大小不逡逑２逡逑
0Ｈ逦Ｌ逦0Ｈ逦」（ｎ－２＞／２逡逑图１－１．纤维素结构图［２］逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑维素中每一个分子链都拥有一个不对称性分子轴：一端具有化学还原功能，另一端逡逑食有轻基，称为非还原末端，链分子中的位于第２、第３、第６位碳原子上每个葡萄糖逡逑单元环上均有轻基（一０Ｈ），其中（：６位上的羟基为伯醇轻基，羟基上的氢原子极性很强，逡逑与另一轻h噬系绺盒院芮康难踉由系墓露缘缱酉嗷ノ梢孕纬筛醇饧淖饔昧﹀义嫌耄茫昂停茫孟啾群苄。宋氐木酆隙确浅４螅哟罅康挠卫，
本文编号：2589862
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