羧基化纤维素纳米晶制备工艺优化及其性能表征

摘要

该研究以微晶纤维素(microcrystalline cellulose,MCC)为原料,采用超声辅助柠檬酸酸解法制备含有羧基的纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNCs),并利用单因素试验和响应面试验优化其制备工艺。对制备得到的CNCs进行性能表征。结果表明,响应面优化得到最佳酸解条件为液料比51∶1(mL/g),反应时间3.75 h,反应温度80℃,在此条件下CNCs的羧基含量预测值为1.19 mmol/g。最佳酸解条件经过3次验证试验,所得CNCs的羧基含量实测平均值为1.18 mmol/g,实测值与预测值接近。结果分析表明该条件下制备的CNCs在1735 cm^(-1)处出现C=O基团,表明柠檬酸成功接枝在MCC表面;CNCs属于纤维素I型,其结晶度(74.06%)远高于MCC(69.07%);CNCs呈短棒状,直径约为10 nm~30 nm,长度约为80 nm~200 nm,平均粒度和Zeta电位分别为358 nm和-39.8 mV;柠檬酸上的羧基与MCC的C6原子上的羟基发生了酯化反应。该研究结果可为羧基化CNCs的制备提供一种简便的途径。