本文關鍵詞：乙�；衩捉斩捈{米纖維素的制備及應用研究

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【摘要】：玉米秸稈是我國主要的農(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、高強度、高反應活性等特點,在改善復合材料性能方面具有巨大的應用前景。本文以玉米秸稈為研究對象,通過酸解結(jié)合機械方法協(xié)同處理制備不同尺寸和形態(tài)的玉米秸稈微細化纖維素,進而制備不同取代度(DS)的乙酰化微晶纖維素及乙�；{米纖維素。在此基礎上,探索不同機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的微細化纖維素在膜材料中的應用效果。主要研究內(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),探討酸解處理條件對玉米秸稈MCC聚合度(DP)和得率的影響。通過單因素優(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60 min,此時制備得到的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呈長棒狀結(jié)構(gòu),與市售棉花MCC形態(tài)一致,化學結(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)三種方式對玉米秸稈MCC進行機械處理,采用掃描電子顯微(SEM)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線衍射(XRD)、TAG等多種現(xiàn)代分析儀器考察不同機械處理方式對MCC結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響,從而選擇最有效的微細化方法和條件。結(jié)果表明,隨著機械處理時間的延長,MCC粒徑減小,但達到一定尺寸后不再降低。球磨微細化效果并不明顯,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MCC的官能團及結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒有明顯影響。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分別對玉米秸稈MCC、MFC進行乙�；男�,制備不同DS的乙酰化玉米秸稈微晶纖維素(AMCC)及乙�；衩捉斩捈{米纖維素(AMFC),研究纖維素形態(tài)對改性的影響。結(jié)果表明,納米纖維素的致密結(jié)構(gòu)不利于化學試劑的滲透,乙�；男詫CC的性質(zhì)存在較大的影響并且能夠促進微細化的進行,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,將機械處理的MCC和AMFC添加到淀粉中制備復合膜,并利用拉伸強度(TS)、動態(tài)熱機械性能等綜合評價填料性質(zhì)對復合膜性能的影響。結(jié)果表明,不同MCC及其衍生物的添加對淀粉膜力學性質(zhì)及耐水性具有較好的改善作用,填料形態(tài)及表面極性對復合膜性質(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性質(zhì)的改善,合適的乙酰化改性能夠促使MFC在淀粉中均勻分散,當DS為0.35時,AMFC增強的復合膜性能最佳,此時膜的拉伸強度(TS)為15.87 MPa,30°C下儲能模量為1288MPa,與純淀粉膜相比,TS提高了201%,儲能模量提高243%,玻璃化溫度提高30°C,吸水性降低44.7%,復合膜綜合性能得到了明顯的改善。
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ914.3;O636.11

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本文編號：1290457