【摘要】：近年來(lái),石油危機(jī)日益漸增,生物質(zhì)原料由于其儲(chǔ)存量大及可再生的特點(diǎn),已被用作石油基產(chǎn)品的替代資源,用來(lái)制備生物基產(chǎn)品。最近,木質(zhì)纖維資源的生物質(zhì)精煉過(guò)程得到了廣泛關(guān)注,因?yàn)樯镔|(zhì)精煉過(guò)程可有效分離木質(zhì)纖維素原料的三大組分(纖維素、半纖維素和木質(zhì)素)并可將其轉(zhuǎn)化為燃料、電能、熱能、功能材料以及高附加值化學(xué)品等。納米纖維素作為生物質(zhì)精煉過(guò)程中的一種中間產(chǎn)品受到了廣泛的關(guān)注,由于其具有優(yōu)越的物理和化學(xué)性質(zhì),例如,高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,高比表面積,低密度,較低的熱膨脹系數(shù)以及可再生和可生物降解等,使得納米纖維素成為一種應(yīng)用前景廣闊的功能高分子材料,比如可用于增強(qiáng)劑、光電材料、包裝材料以及生物醫(yī)藥材料等。傳統(tǒng)制備納米纖維素的方法,例如無(wú)機(jī)強(qiáng)酸水解法、酶水解法、TEMPO氧化法、機(jī)械法等,存在腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境、化學(xué)品昂貴且不可回收以及能耗高等缺點(diǎn)。因此,本文提出了一種可持續(xù)的制備納米纖維素的方法,采用甲酸水解和高壓均質(zhì)作用制備纖維素納米微晶(CNC)和纖維素納米纖絲(CNF),并且探究了 CNC的陽(yáng)離子改性和CNF在水相和有機(jī)相中的成膜性。第一部分,以漂白桉木漿為原料采用氯化鐵催化甲酸水解法成功制備出了高得率(75%)的纖維素納米晶體(F-CNC)。研究發(fā)現(xiàn),隨著氯化鐵加入量的增加,F-CNC的粒徑逐漸減小,當(dāng)氯化鐵加入量為0.015 M (基于原始絕干、原料的7%)時(shí),F-CNC的結(jié)晶度達(dá)到最大(75%)。由熱重分析可知,相比于傳統(tǒng)硫酸水解法制備的纖維素納米晶體(S-CNC),F-CNC具有更高的熱穩(wěn)定性(其起始降解溫度超過(guò)310℃)。氯化鐵催化甲酸水解的過(guò)程中,甲酸比較容易回收并可回用,氯化鐵可轉(zhuǎn)化為高附加值的氫氧化鐵,得以回收。因此,氯化鐵催化甲酸水解法是一種可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可行的方法。另外,F-CNC可分散在DMSO中,經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性后其可穩(wěn)定分散在水中。第二部分,以漂白針葉木漿為原料采用甲酸水解預(yù)處理結(jié)合高壓均質(zhì)的方法制備出了纖維素納米纖絲(F-CNF)。研究發(fā)現(xiàn),-F-CNF具有較高的熱穩(wěn)定性(其起始降解溫度超過(guò)290℃)。且隨著甲酸水解時(shí)間的延長(zhǎng),F-CNF的粒徑分布更加均一,長(zhǎng)度逐漸變短。當(dāng)甲酸水解時(shí)間為6 h時(shí),F-CNF的結(jié)晶度達(dá)到最大(52.9%)。相比于鹽酸水解預(yù)處理得到的纖維素納米纖絲(H-CNF) , F-CNF由于表面具有酯基,其在DMSO, DMF和DMAC中的分散性更好,F-CNF在有機(jī)相中優(yōu)越的界面相容性可能使其在有機(jī)高分子材料中具有良好的增強(qiáng)效果。此外,甲酸較容易回收,回收率大于90%。因此,甲酸水解預(yù)處理結(jié)合高壓均質(zhì)作用可作為一種可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可行的制備CNF的方法。第三部分,探究了 F-CNF在水中和DMAC中的成膜性,分別得到兩種類型的膜:W-CNF flim和D-CNF film,然后對(duì)這兩種膜進(jìn)行了表征和對(duì)比。結(jié)果顯示,D-CNF film具有優(yōu)越的機(jī)械性能,其抗拉強(qiáng)度可達(dá)227.97 MPa,楊氏模量可達(dá)10.80 GPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于W-CNF flim的抗拉強(qiáng)度(34.96 MPa)和楊氏模量(1.92 GPa)。由于D-CNF film具有致密的結(jié)構(gòu)和良好的疏水性,使其具有優(yōu)越的耐水性,較低的透氧系數(shù)和水蒸氣透過(guò)系數(shù),該納米纖維素膜有望用在電子器件領(lǐng)域和高檔包裝領(lǐng)域等。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：天津科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ352.79;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2452471