本文選題：納米纖維素 + 離子液體　； 參考：《華中農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：纖維素是重要的天然高分子材料資源,然而天然纖維素的“復(fù)雜”存在形式在很大程度上限制了其應(yīng)用。一方面,纖維素與半纖維素、木質(zhì)素等組分相互纏繞、包裹,形成緊密結(jié)構(gòu);另一方面,纖維素自身存在大量的分子內(nèi)、分子間氫鍵,形成高度有序的結(jié)晶區(qū);這兩方面的因素極大地減少了纖維素分子鏈的有效接觸面積,降低纖維素的反應(yīng)活性。因此,通過質(zhì)構(gòu)拆分,把纖維素從“復(fù)雜”的天然存在形式中“剝離”出來并獲得相對“自由”的分子結(jié)構(gòu),成為纖維素科學(xué)領(lǐng)域的一個重要方向。為了解決這一問題,項(xiàng)目組提出了纖維素質(zhì)構(gòu)拆分的新思路,即液態(tài)均相納米化技術(shù),先將纖維素進(jìn)行液態(tài)均相化處理形成纖維素溶液,再施加超高壓剪切作用,使纖維素在液態(tài)均相狀態(tài)下完成分子重組,并經(jīng)過再生達(dá)到納米化效果。與傳統(tǒng)方法相比,該技術(shù)避免了纖維素在固相狀態(tài)下直接進(jìn)行質(zhì)構(gòu)拆分所存在的巨大分子阻力,從而提高質(zhì)構(gòu)拆分效率。目前,以甘蔗渣為原料,形成整套的纖維素液態(tài)均相納米化技術(shù),制備出直徑約10nm的納米纖維素產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了纖維素質(zhì)構(gòu)的有效拆分。技術(shù)表現(xiàn)出顯著的高效性,工藝容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。然而,該技術(shù)對其它種類纖維的適用性及技術(shù)的過程機(jī)理有待進(jìn)一步的研究。本文以棉花、桉樹(木材)、甘蔗渣(本草類)、劍麻(韌皮類)四種原料來源的纖維素為對象,研究該項(xiàng)技術(shù)對纖維素超分子結(jié)構(gòu)的影響,揭示關(guān)鍵技術(shù)的機(jī)理,為纖維素質(zhì)構(gòu)拆分新技術(shù)及應(yīng)用提供理論支撐。獲得如下結(jié)果:(1)建立了四種纖維素的液態(tài)均相納米化方法。對液態(tài)均相溶解和均相納米化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化,制備的四種納米纖維素的粒度均在100nm以下,纖維素轉(zhuǎn)化率接近100%,分散性好,納米化過程具有連續(xù)及高效等優(yōu)點(diǎn)。(2)分析液態(tài)均相納米化技術(shù)對四種纖維素超分子結(jié)構(gòu)的影響。XRD、XPS、FT-IR及CP/MAS13C NMR等研究表明,經(jīng)過液態(tài)均相納米化處理后,纖維素的超分子結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。四種纖維素的結(jié)晶度、熱穩(wěn)定性及分子量明顯下降。紅外譜圖中納米纖維素的OH伸縮振動吸收峰和分子內(nèi)羥基O(3)H O(5)振動吸收峰藍(lán)移,核磁譜圖中C4和C6的化學(xué)位移移向高場,說明分子內(nèi)氫鍵O(3)H O(5)和O(2)H O(6)被破壞,這說明纖維素的分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵被瓦解,纖維素長分子鏈被相互分離,最終形成納米纖維素。(3)探討液態(tài)均相溶解和液態(tài)均相納米化過程對纖維素質(zhì)構(gòu)重組的機(jī)理。通過研究纖維素在離子液體的溶解情況,發(fā)現(xiàn)溫度不同,纖維素的溶解途徑不同:在溫度較低條件下,主要是通過破壞分子內(nèi)氫鍵O(3)H…O(5)溶解纖維素,使β-1,4-糖苷鍵斷裂,導(dǎo)致纖維素降解嚴(yán)重。而在溫度較高時(shí),則是通過破壞分子內(nèi)氫鍵O(2)H…O(6)溶解纖維素,纖維素降解較少。在液態(tài)均相納米化過程中,通過高剪切作用力破壞纖維素分子鏈纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使纖維素分子有效拆分,達(dá)到納米化效果。采用動態(tài)微射流處理作用力更大,處理時(shí)間短,溫度可控,可以減少纖維素的降解,納米化效果更好。(4)歸納出液態(tài)均相納米化技術(shù)對不同纖維的適用性。通過四種類型纖維的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析,發(fā)現(xiàn)液態(tài)均相納米化技術(shù)對它們超分子結(jié)構(gòu)的影響略有不同。劍麻等麻類纖維質(zhì)地堅(jiān)硬,密度大,分子鏈容易被機(jī)械力打斷,保留更多的纖維素結(jié)構(gòu),比較適合采用該技術(shù)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)拆分。其他類型纖維質(zhì)地柔軟,或互相纏結(jié)等結(jié)構(gòu),通過調(diào)控關(guān)鍵工藝參數(shù)(機(jī)械力及處理溫度等),也可以采用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)構(gòu)拆分。本文從分子水平出發(fā),研究液態(tài)均相納米化技術(shù)對纖維素超分子結(jié)構(gòu)的影響及機(jī)理,在一定程度上揭示天然纖維素在液態(tài)均相狀態(tài)下進(jìn)行超高壓質(zhì)構(gòu)拆分與重組的機(jī)理,豐富纖維素質(zhì)構(gòu)拆分理論,并為技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供理論基礎(chǔ);同時(shí)在一定程度上揭示不同來源纖維素經(jīng)過該技術(shù)加工后的產(chǎn)品應(yīng)用特性,為新的生物質(zhì)材料制備提供技術(shù)和理論參考。
[Abstract]:Cellulose is an important natural polymer material resource , however , the " complex " existence form of natural cellulose restricts its application to a great extent . On the one hand , cellulose and hemicellulose , lignin and other components are wound around each other to form a compact structure ; (2)鍒嗘瀽娑叉，

本文編號：1877725