本文選題：半纖維素　切入點：TEMPO氧化納米纖維　出處：《華南理工大學》2015年碩士論文

【摘要】：納米纖維素基材料是當前材料界研究最熱的生物基材料之一,因納米纖維素具有可再生性、環(huán)境友好、來源廣泛、良好的生物相容性、優(yōu)異的機械性能、良好的化學反應活性等優(yōu)點。近些年來,納米纖維素的制備和應用已經(jīng)引起學術界和產(chǎn)業(yè)界的關注。2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物(TEMPO)氧化結(jié)合機械處理制備納米纖維素的方法為人們普遍采用。許多制備TEMPO氧化納米纖維(TOCNs)的原料是漂白硫酸鹽漿。在這些漂白漿中,木素含量極少,其影響可以忽略不計;但半纖維素含量較多,可能會對制備納米纖維素產(chǎn)生一定影響。本研究的主要目的是探討半纖維素對TEMPO氧化制備納米纖維素及其性質(zhì)的影響,為利用紙漿制備納米纖維素提供理論基礎及應用指導。針葉木、闊葉木與非木材原料中半纖維素的種類和含量是不同的。本研究首先以不同原料(松木、桉木、竹子和蔗渣)的漂白漿制備TOCNs,探討半纖維素種類及含量對TEMPO氧化過程與氧化漿性質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在TEMPO/Na Br/Na Cl O體系氧化過程中,甘露聚糖因含有C6伯羥基很容易被氧化并且絕大部分被除去,而大部分木聚糖則保留下來。相同氧化條件下,各原料氧化漿中羧基含量從高到低依次為:桉木,松木,竹子,蔗渣。從TEMPO氧化反應速率看,松木最快,蔗渣最慢。半纖維素的存在(尤其是木聚糖)阻礙了化學藥劑的滲透及對纖維素的可及性,對TEMPO氧化速率和羧基生成都有不利的影響。此外,松木中甘露聚糖還會導致反應過程中氧化劑(Na Cl O)的消耗。其次,比較了不同原料TOCNs及其懸浮液的性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是紙漿還是制備的納米纖維素,其熱穩(wěn)定性高低次序均為:松木桉木竹子蔗渣;半纖維素的存在不利于紙漿及TOCNs的熱穩(wěn)定性。不同原料制備的TOCNs的直徑相差不大,約3~5nm。從長度分布來看,松木TOCNs平均纖維長度最長,達到370nm左右;而桉木最短,只有290nm;竹子和蔗渣TOCNs平均長度相近,分別為350nm和360nm。半纖維素的存在影響了羧基含量,進而會對TOCNs及其懸浮液的性質(zhì)產(chǎn)生影響。羧基含量越高,越有利于后續(xù)機械處理,從而獲得較短的TOCNs;當羧基含量相近時,半纖維素含量增加對機械作用下納米原纖化過程有一定的促進作用。各原料TOCN懸浮液透光度為:桉木松木竹子蔗渣,而粘度變化趨勢與之相反。羧基含量越高,TOCN懸浮液越透明,流動性越好。半纖維素的存在降低了懸浮液的透光度,其粘度增加。然后,用TEMPO氧化漿(TOP)和TOCNs通過抽濾法制備了兩種纖維素膜,并研究其力學性能。結(jié)果顯示,相同原料下的TOCN膜擁有更優(yōu)異的力學性能,其楊氏模量和拉伸強度均顯著高于相應的TOP膜。不同原料的TOCN膜的楊氏模量相差不大,均在6.5GPa左右;桉木漿的TOCN膜拉伸強度最高,約為118MPa。纖維長度、羧基含量、半纖維素含量均影響TOP膜的機械強度。TOCN膜比TOP膜的表面更平整,完全看不到纖維;納米纖維之間形成更致密的結(jié)構(gòu)。TOCN膜和TOP膜都具有較高的透明度。TOCN膜透明度均大于90%,其中桉木漿最高可達96%;而TOP膜透明度在85%左右,不同原料之間相差不大。但是TOP膜中纖維直徑在微米級,其光散射現(xiàn)象比TOCN膜更嚴重。最后,分別以漂白桉木漿和松木漿為原料,通過木聚糖酶和Na OH溶液兩種預處理方法,得到不同半纖維素含量的紙漿,進一步探討半纖維素含量對TOCNs制備的影響。研究結(jié)果表明,半纖維素(尤其是木聚糖)的去除促進了TEMPO氧化反應,有利于提高羧基含量。由于桉木漿中木聚糖含量更高,因此酶預處理對TEMPO氧化桉木漿的促進作用比松木更明顯。與酶處理只能去除纖維表面的木聚糖相比,堿處理能夠除掉更多的半纖維素,而且對纖維具有潤脹作用。因此,堿預處理能顯著提高氧化反應速率,尤其是當Na OH濃度為2.0mol/L時。這也進一步體現(xiàn)了氧化過程中半纖維素的存在阻礙了纖維素的可及性。堿預處理降低了TOCNs的熱穩(wěn)定性,但是有利于獲得更短的TOCNs,而酶處理對TOCNs長度影響不大。半纖維素的存在不利于TOCNs懸浮液的透光度。
[Abstract]:This paper deals with the effects of hemicellulose on the oxidation process of TEMPO and its properties . The effects of hemicellulose content on the mechanical strength of TOP film were studied . The results showed that the mechanical strength of TOCN film was higher than that of TOCN film . The results showed that the mechanical strength of TOCN film was higher than that of TOCN film .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ352.1;TB383.1

【參考文獻】

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本文編號：1723912