本文關(guān)鍵詞：化學(xué)與機(jī)械協(xié)同處理制備納米纖維素

  更多相關(guān)文章： 木材纖維 纖維長(zhǎng)度 機(jī)械處理 TEMPO氧化 納米纖維素

【摘要】：木材納米纖維紙基新材料綠色、機(jī)械強(qiáng)度好、多孔隙結(jié)構(gòu)、高透明度、熱膨脹系數(shù)低及柔性可卷曲等特殊性能,在可穿戴電子設(shè)備、柔性電池與柔性顯示器、超級(jí)電容器隔膜紙等方面具有巨大的應(yīng)用潛力,有逐步替代高分子塑料或玻璃材料趨勢(shì)。目前納米纖維素的制備存在生產(chǎn)成本高,尺寸分布廣,分散與穩(wěn)定性差等問(wèn)題,影響到納米纖維材料的推廣與應(yīng)用。論文基于木材纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)與超微結(jié)構(gòu)特征,通過(guò)對(duì)纖維進(jìn)行切斷、錘擊、搓揉、TEMPO氧化及高壓均質(zhì)剪切等步驟,實(shí)現(xiàn)纖維微纖絲的柔性解離,獲得高得率、尺寸均一,且穩(wěn)定與分散性能優(yōu)異的纖維素納米纖絲(NFC)。主要研究結(jié)論如下:依據(jù)纖維微纖絲角與長(zhǎng)度關(guān)系,計(jì)算確定將木漿纖維切短至0.20-0.64mm范圍,微纖絲以Z型螺旋方向圍繞纖維中心軸1-2圈,這將有助于機(jī)械錘擊作用時(shí)纖維的整體壓潰,縱裂帚化,同時(shí)能有效控制初步微纖化纖維的長(zhǎng)度。在pH10-10.5條件下,對(duì)切短至長(zhǎng)度為0.40-0.64mm范圍的纖維進(jìn)行機(jī)械錘擊作用處理,纖維易被整體壓潰并產(chǎn)生縱向開裂;纖維剛性結(jié)構(gòu)的破壞,加速了水合Na+從纖維端面及表面裂紋處向內(nèi)部的滲透,由此削弱纖維微纖絲層間的氫鍵結(jié)合力,使纖維產(chǎn)生深度水化潤(rùn)脹,促使纖維細(xì)胞壁P層和S1層的破裂及碎片化,且切短纖維長(zhǎng)度小于0.40mm時(shí)壓潰潤(rùn)脹作用更為明顯。而當(dāng)纖維長(zhǎng)度大于0.64mm時(shí),水化現(xiàn)象則主要發(fā)生于纖維端面附近及纖維局部,難以達(dá)到整體潤(rùn)脹的效果。充分水化潤(rùn)脹、微纖絲層間氫鍵結(jié)合力削弱的纖維,在搓揉作用下纖維微纖絲層極易被柔性解離,得到初步納米級(jí)的微纖束。適當(dāng)?shù)腡EMPO/NaClO/NaBr選擇性氧化處理,賦予了微纖絲羧基負(fù)電性基團(tuán)及更高的親水性能。借助高壓均質(zhì)處理,可獲得長(zhǎng)度在1000nm左右、直徑10-20nm范圍,尺寸均一,且分散性能穩(wěn)定的高得率NFC。因此,木材纖維切斷至合適長(zhǎng)度,借助錘擊、搓揉、引入羧基及高剪切等處理步驟,可以制備得到高得率、尺寸均一、高透明度且分散穩(wěn)定性優(yōu)異的NFC。
【關(guān)鍵詞】：木材纖維 纖維長(zhǎng)度 機(jī)械處理 TEMPO氧化 納米纖維素
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TS72;O636.11
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 文獻(xiàn)綜述9-20
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 纖維素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其性質(zhì)10-13
• 1.2.1 纖維素的大分子結(jié)構(gòu)10
• 1.2.2 纖維素的超分子結(jié)構(gòu)10-12
• 1.2.2.1 纖維素的氫鍵和兩相結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2.2 纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)12-13
• 1.3 纖維的潤(rùn)脹13-15
• 1.3.1 潤(rùn)脹劑對(duì)纖維潤(rùn)脹的影響13-14
• 1.3.2 植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對(duì)纖維潤(rùn)脹的影響14
• 1.3.3 機(jī)械處理對(duì)纖維潤(rùn)脹的影響14-15
• 1.4 納米纖絲纖維素15-18
• 1.4.1 NFC的制備方法及存在的問(wèn)題15-16
• 1.4.2 預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于NFC的制備16-18
• 1.4.2.1 酸預(yù)處理17
• 1.4.2.2 堿預(yù)處理17
• 1.4.2.3 酶預(yù)處理17
• 1.4.2.4 TEMPO催化氧化預(yù)處理17-18
• 1.5 論文研究的目的、主要內(nèi)容和目標(biāo)18-20
• 1.5.1 研究目的18
• 1.5.2 論文研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.5.3 論文研究的主要目標(biāo)19-20
• 第二章 錘擊作用對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響20-32
• 2.1 前言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與方法20-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料20
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器20-21
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)方法21
• 2.2.3.1 纖維切斷處理21
• 2.2.3.2 纖維錘擊處理21
• 2.2.4 分析方法21-22
• 2.2.4.1 纖維質(zhì)量分析測(cè)定21
• 2.2.4.2 纖維水化潤(rùn)脹程度的測(cè)定21
• 2.2.4.3 纖維形態(tài)觀察21
• 2.2.4.4 纖維X-射線衍射分析21-22
• 2.2.4.5 纖維的熱穩(wěn)定性分析22
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論22-31
• 2.3.1 纖絲角與纖維長(zhǎng)度的關(guān)系22-23
• 2.3.2 切斷處理對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響23-24
• 2.3.3 錘擊作用對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響24-31
• 2.3.3.1 錘擊作用對(duì)纖維水化潤(rùn)脹程度的影響24-25
• 2.3.3.2 錘擊作用對(duì)纖維形態(tài)的影響25-28
• 2.3.3.3 錘擊作用對(duì)纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響28-30
• 2.3.3.4 錘擊作用對(duì)纖維熱穩(wěn)定性的影響30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 搓揉作用對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響32-41
• 3.1 前言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與方法32-33
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料32
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器32
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法32-33
• 3.2.4 分析方法33
• 3.2.4.1 纖維水化潤(rùn)脹程度的測(cè)定33
• 3.2.4.2 纖維形態(tài)觀察33
• 3.2.4.3 纖維X-射線衍射分析33
• 3.2.4.4 纖維的熱穩(wěn)定性分析33
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論33-39
• 3.3.1 機(jī)械錘擊與搓揉作用纖維的解離機(jī)理33-34
• 3.3.2 搓揉作用對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響34-39
• 3.3.2.1 搓揉作用對(duì)纖維水化潤(rùn)脹程度的影響34-35
• 3.3.2.2 搓揉作用對(duì)纖維形態(tài)的影響35-37
• 3.3.2.3 搓揉作用對(duì)纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響37-39
• 3.3.2.4 搓揉作用對(duì)纖維熱穩(wěn)定性的影響39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第四章 TEMPO氧化協(xié)同剪切作用對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響41-57
• 4.1 前言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與方法41-43
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料41-42
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器42
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)方法42
• 4.2.3.1 纖維TEMPO氧化處理42
• 4.2.3.2 纖維高壓均質(zhì)處理42
• 4.2.4 分析方法42-43
• 4.2.4.1 氧化纖維羧基含量和得率的測(cè)定42-43
• 4.2.4.2 傅立葉紅外光譜分析43
• 4.2.4.3 纖維形態(tài)分析43
• 4.2.4.4 納米纖維素得率的測(cè)定43
• 4.2.4.5 纖維Zeta電位的測(cè)定43
• 4.2.4.6 紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定43
• 4.2.4.7 纖維X-射線衍射分析43
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論43-56
• 4.3.1 植物纖維納米化解離機(jī)理43-44
• 4.3.2 TEMPO/NaClO/NaBr體系氧化對(duì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響44-48
• 4.3.2.1 氧化劑用量對(duì)纖維羧基含量和得率的影響45-46
• 4.3.2.2 氧化劑用量對(duì)TEMPO體系氧化后纖維形態(tài)的影響46-47
• 4.3.2.3 氧化劑用量對(duì)纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響47
• 4.3.2.4 氧化劑用量對(duì)纖維FTIR變化47-48
• 4.3.3 TEMPO氧化協(xié)同高壓均質(zhì)制備納米纖維素48-56
• 4.3.3.1 納米纖維素的形貌尺寸48-53
• 4.3.3.2 納米纖維素的得率53-54
• 4.3.3.3 納米纖維素懸濁液的透光性能54-55
• 4.3.3.4 納米纖維素的Zeta電位分析55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 全文總結(jié)和展望57-59
• 5.1 本文主要結(jié)論57-58
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)58
• 5.3 展望58-59
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文59-60
• 參考文獻(xiàn)60-67

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李關(guān)蓮;焦亮;卞輝洋;焦麗;戴紅旗;;切短與壓潰對(duì)制備柔性納米纖維素纖維作用[J];造紙科學(xué)與技術(shù);2016年01期

2 戴磊;龍柱;張丹;;TEMPO氧化纖維素納米纖維的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J];材料工程;2015年08期

3 季劍鋒;朱紅祥;李澤龍;楊富杰;劉晨;劉盛;;納米微晶纖維素接枝含氟單體制備表面施膠劑的研究[J];中國(guó)造紙學(xué)報(bào);2014年02期

4 徐媚;徐夢(mèng)蝶;戴紅旗;王淑梅;吳偉兵;;球磨和PFI磨預(yù)處理對(duì)紙漿纖維結(jié)構(gòu)及形態(tài)的影響[J];纖維素科學(xué)與技術(shù);2013年02期

5 袁龍婷;萬(wàn)金泉;馬邕文;王艷;;打漿過(guò)程纖維性能和微晶結(jié)構(gòu)的變化研究[J];造紙科學(xué)與技術(shù);2013年01期

6 李媛媛;戴紅旗;;化學(xué)法制備納米微晶纖維素的研究進(jìn)展[J];南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年05期

7 董鳳霞;劉文;劉紅峰;;納米纖維素的制備及應(yīng)用[J];中國(guó)造紙;2012年06期

8 陳港;吳嚴(yán)亮;;鋼紙生產(chǎn)過(guò)程中纖維潤(rùn)脹溶解的機(jī)理[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年11期

9 劉妍;;近10年中美納米技術(shù)的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析[J];情報(bào)探索;2011年08期

10 吳晶晶;李小保;葉菊娣;朱麗琰;竇圓圓;洪建國(guó);;堿預(yù)處理對(duì)大麻稈漿纖維素性質(zhì)的影響[J];南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年05期

，

本文編號(hào)：835995