本文關(guān)鍵詞：乙�；衩捉斩捈{米纖維素的制備及應(yīng)用研究

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【摘要】：玉米秸稈是我國(guó)主要的農(nóng)作物廢棄物,其中富含大量的纖維素,但利用效率很低。纖維素尤其是微晶纖維素及納米纖維素因其具有可降解、高強(qiáng)度、高反應(yīng)活性等特點(diǎn),在改善復(fù)合材料性能方面具有巨大的應(yīng)用前景。本文以玉米秸稈為研究對(duì)象,通過(guò)酸解結(jié)合機(jī)械方法協(xié)同處理制備不同尺寸和形態(tài)的玉米秸稈微細(xì)化纖維素,進(jìn)而制備不同取代度(DS)的乙酰化微晶纖維素及乙�；{米纖維素。在此基礎(chǔ)上,探索不同機(jī)械處理方式的作用效果,研究纖維素的形態(tài)和超分子結(jié)構(gòu)對(duì)改性的影響,并以淀粉為基質(zhì),探究不同形態(tài)及DS的微細(xì)化纖維素在膜材料中的應(yīng)用效果。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:首先,以玉米秸稈為原料提取制備玉米秸稈微晶纖維素(MCC),探討酸解處理?xiàng)l件對(duì)玉米秸稈MCC聚合度(DP)和得率的影響。通過(guò)單因素優(yōu)化得到MCC的最佳制備條件為:控制硫酸濃度8 wt%,85°C下反應(yīng)60 min,此時(shí)制備得到的MCC聚合度為292,純度為92.6%,得率76.4%。酸解得到的玉米秸稈MCC呈長(zhǎng)棒狀結(jié)構(gòu),與市售棉花MCC形態(tài)一致,化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,保留了天然cellulose-I型結(jié)構(gòu)。利用熱重分析儀(TGA)測(cè)定其熱降解性質(zhì)發(fā)現(xiàn),與玉米秸稈纖維素相比,玉米秸稈MCC熱穩(wěn)定性明顯改善,最大熱降解溫度提高了30°C~40°C。其次,用球磨、剪切分散和高壓均質(zhì)三種方式對(duì)玉米秸稈MCC進(jìn)行機(jī)械處理,采用掃描電子顯微(SEM)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線(xiàn)衍射(XRD)、TAG等多種現(xiàn)代分析儀器考察不同機(jī)械處理方式對(duì)MCC結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響,從而選擇最有效的微細(xì)化方法和條件。結(jié)果表明,隨著機(jī)械處理時(shí)間的延長(zhǎng),MCC粒徑減小,但達(dá)到一定尺寸后不再降低。球磨微細(xì)化效果并不明顯,7000 r/min下剪切處理0.5 h,MCC粒徑為19.9μm,60 MPa下均質(zhì)處理30次即可得到納米纖絲(MFC)。利用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)一步觀察MFC形態(tài),發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)納米纖絲狀纏繞結(jié)構(gòu),平均粒徑為24 nm,高壓均質(zhì)處理對(duì)MCC的官能團(tuán)及結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯影響。此外,納米纖維素相互纏繞形成了更穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性。綜上可知,高壓均質(zhì)是一種高效的微細(xì)化手段。再次,以冰醋酸為介質(zhì),采用纖維素與醋酸酐比例(g:mL)4:1,2:1,4:3,1:1,1:2分別對(duì)玉米秸稈MCC、MFC進(jìn)行乙�；男�,制備不同DS的乙�；衩捉斩捨⒕Юw維素(AMCC)及乙酰化玉米秸稈納米纖維素(AMFC),研究纖維素形態(tài)對(duì)改性的影響。結(jié)果表明,納米纖維素的致密結(jié)構(gòu)不利于化學(xué)試劑的滲透,乙�；男詫�(duì)MCC的性質(zhì)存在較大的影響并且能夠促進(jìn)微細(xì)化的進(jìn)行,先改性后均質(zhì)處理是制備不同取代度AMFC的有效手段。AMFC呈現(xiàn)納米纖絲狀結(jié)構(gòu),粒徑分布10~24 nm,DS 0.35和DS 0.57的AMFC在丙酮中呈現(xiàn)良好的分散穩(wěn)定性。最后,將機(jī)械處理的MCC和AMFC添加到淀粉中制備復(fù)合膜,并利用拉伸強(qiáng)度(TS)、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能等綜合評(píng)價(jià)填料性質(zhì)對(duì)復(fù)合膜性能的影響。結(jié)果表明,不同MCC及其衍生物的添加對(duì)淀粉膜力學(xué)性質(zhì)及耐水性具有較好的改善作用,填料形態(tài)及表面極性對(duì)復(fù)合膜性質(zhì)具有較大的影響。納米纖絲狀MFC的添加更有利于淀粉膜力學(xué)性質(zhì)的改善,合適的乙�；男阅軌虼偈筂FC在淀粉中均勻分散,當(dāng)DS為0.35時(shí),AMFC增強(qiáng)的復(fù)合膜性能最佳,此時(shí)膜的拉伸強(qiáng)度(TS)為15.87 MPa,30°C下儲(chǔ)能模量為1288MPa,與純淀粉膜相比,TS提高了201%,儲(chǔ)能模量提高243%,玻璃化溫度提高30°C,吸水性降低44.7%,復(fù)合膜綜合性能得到了明顯的改善。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ914.3;O636.11

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本文編號(hào)：1290457