亚硫酸盐竹浆制备微纤化纤维素及其涂布应用的研究

摘要

纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料，在当今世界面临资源快速消耗、环境恶化的形势下，开发可再生的纤维素资源具有重要的战略意义。本文介绍了一种新型纤维素产品：微纤化纤维素（即Microfibrillated Cellulose，简称MFC），对其制备工艺进行了较为全面的研究，并初步研究了其对纸张表面强度的增强效果。
　　 本文以漂白亚硫酸盐竹浆为原料，对其进行机械和化学预处理，最后通过高压微射流纳米分散机的均质化处理，制备出纳米尺度的微纤化纤维素。用SEM对制备的MFC表面形态进行观察，并测定了MFC的相对保水值和粒径分布。结果表明：MFC产品由于高度微纤化而拥有非常大的比表面积，表面暴露出大量的极性羟基。MFC的相对保水值随着NaClO用量和反应时间的增加而增加并能达到一个平稳趋势。小的主腔孔径有利于提高MFC的相对保水值，经测定，当主腔为75nm时，均质化10次后，MFC的相对保水值可高达1105％。MFC粒径随着均质化次数的增加而逐步减小，且粒径分布较为广泛，均质化5次后能够达100nm-200nm的粒径分布（主腔孔径为100nm>，且主腔的孔径越小，同等均质条件下得到的MFC的粒径尺度越小。
　　 本文还研究了MFC在纸张表面涂布中的应用，将MFC和阳离子淀粉分别进行涂布，分别研究其对纸张表面拉毛强度的影响。结果表明：MFC涂布能明显提高纸张的表面强度，拉毛速度随着MFC涂布量呈现先增加后减小的趋势。当MFC涂布量为1.14g/㎡时，拉毛速度由0.97m/s增加到1.40m/s，较原纸增幅为44.33％。与阳离子淀粉相比，MFC的涂布用量为0.54/㎡和3.51g/㎡时，拉毛速度分别为1.14m/s和1.35m/s，均比在相似涂布量情况下的淀粉效果好；而随着涂布量增加到一定量时（MFC涂布量为5.60g/㎡，阳离子淀粉涂布量为6.04g/㎡），MFC对纸张表面强度的增强效果不如淀粉。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1纤维素的性质

1.2纳米尺度纤维素的研究进展

1.2.1微晶纤维素(MCC和NCC)

1.2.2细菌纤维素(BC)

1.2.3微纤化纤维素(MFC)

1.2.4纳米纤维素复合材料

1.3亚硫酸盐竹浆作为MFC制备原料的依据

1.4纸张的表面强度及其增强的措施

1.4.1纸张的表面强度

1.4.2提高纸张表面强度的措施

1.5本文的研究目标、内容及研究意义

1.5.1研究意义

1.5.2研究目标

1.5.3研究内容

第二章 浆样的制备及预处理

2.1实验材料与方法

2.1.1实验材料

2.1.2亚硫酸盐竹浆的制备

2.1.3 MFC整体制备路线

2.1.4亚硫酸盐竹浆的PFI预处理

2.1.5亚硫酸盐竹浆化学预处理

2.1.6亚硫酸盐竹浆的PFI磨后续处理

2.1.7浆样的分析检测

2.2实验结果与讨论

2.2.1浆料的PFI磨预处理

2.2.2化学处理对浆样粘度的影响

2.2.3化学处理对浆样纤维长宽的影响

2.2.4催化氧化降解过程中浆料羧基含量的变化

2.2.5化学处理前后纤维表面形态的变化

2.2.6化学处理前后纤维结晶度的变化

2.2.7 PFI磨后续处理

2.3本章小结

第三章 MFC的制备及其性能分析

3.1实验材料与方法

3.1.1实验原料

3.1.2主要实验设备

3.1.3研究步骤及实验方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1浆料的均质化处理

3.2.2 MFC保水值的测定

3.2.3 MFC的粒径分布探讨

3.2.4 MFC的表面形貌观察

3.2.5 MFC样品的X-衍射分析结果

3.3本章小结

第四章 MFC对纸张增强效果的应用研究

4.1实验材料与方法

4.1.1原料

4.1.2实验设备

4.1.3实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1纸样的筛选

4.2.2 MFC涂布量对纸张物理性能的影响

4.3.3 MFC与淀粉对纸张物理性能增强效果的比较

4.3.4 MFC涂布后对纸张表面强度的影响

4.3.5 MFC和淀粉涂布后对纸张表面强度的影响对比

4.3.6 MFC与淀粉涂布后的扫描电镜分析

4.3本章小结

第五章 主要结论及下一步工作展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文