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《納米微晶纖維素的制備及其乳化性質(zhì)的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)1前言將纖維素的某一維尺寸減小到lOOnm以?xún)?nèi)，就得到了納米級(jí)別的纖維素，統(tǒng)稱(chēng)為納米纖維素。納米纖維素的制備方法多種多樣，大致可分為化學(xué)法、物理法、生物法，而使用不同的方法所得到的納米纖維素其類(lèi)型是大不相同的，一般將物理機(jī)械方法制備的稱(chēng)為納米纖化纖維素(Nanofibrillatedcellulose，NFC)或微纖化纖維素(MicrofibriUatedcellulose，MFC)，由于此類(lèi)型的納米纖維素是利用物理方法沒(méi)有選擇性的將纖維素破碎成納米級(jí)別，所以該類(lèi)型的納米纖維素在晶體的完整性上有一定的欠缺，
2、并且無(wú)定形區(qū)含量與原材料相比，基本上沒(méi)有減少；酸水解或酶解的方法制備出的稱(chēng)為納米微晶纖維素(Nanoerystallinecellulose，NCC)或纖維素納米晶體(Cellulosenanocrystalline，CNC)，由于酸水解及酶處理都具有選擇性，會(huì)先進(jìn)攻排列相對(duì)較松散的無(wú)定形區(qū)，所以該類(lèi)型的納米纖維素具有結(jié)晶度高，結(jié)晶體完整度好[13】的特點(diǎn)。1．1．2納米微晶纖維素的制備方法1．1．2．1酸水解法酸水解法所采用的酸可以是有機(jī)酸(甲酸等)或無(wú)機(jī)酸(硫酸、鹽酸、磷酸等)，也可以將有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸按一定比例
3、混合使用，也可以施加一定的物理?xiàng)l件作為輔助作用，加快酸解速度。通過(guò)酸首先水解纖維素中的非結(jié)晶區(qū)(無(wú)定形區(qū))[14]，以減小纖維素的尺寸，這是當(dāng)前制備納米微晶纖維素最主要的方法。在一定的pH值條件下(酸性)，氫離子與非結(jié)晶區(qū)(無(wú)定形區(qū))內(nèi)纖維素分子鏈的糖苷鍵結(jié)合，促使糖苷鍵斷裂，．讓纖維素分子發(fā)生降解，得到結(jié)晶結(jié)構(gòu)完整的納米微晶纖維素‘15]，機(jī)理見(jiàn)圖1．2。飛莎I'L‘=OI
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5、o，一一?ⅥIt“碚祭臻哥"r廠～4h一嗡H增COH0穢尸弋嚏，?矽尸—、攔孫?H％OO夸。，～圖1．2纖維素水解機(jī)理【l別Fi
6、g．1-2Themechanismofhydrolysiscellulose纖維素來(lái)源和纖維素水解條件是納米微晶纖維素晶型、形狀、結(jié)構(gòu)、粒徑尺寸等的主要影響因素。如果選用不同的原料，那么水解速率會(huì)有所不同，制備的納米纖維素尺寸規(guī)模和形狀也會(huì)有所差異，從植物中提取制各納米微晶纖維素，如棉花或木材通常有100．300nlTl的長(zhǎng)度和5．20nnl的寬度，而細(xì)菌纖維素卻大不相同，可能有幾個(gè)微米的長(zhǎng)度和5．50nlTl的寬度。SonakshiMaiti[161等人利用三種不同的原料(中國(guó)棉花、南非棉花、廢紙)作為制各納米微
7、晶纖維素的前體，在機(jī)械攪拌下通過(guò)硫酸水解得到了不同形態(tài)，不同尺寸的納米微晶纖維素，如圖1—3所示。酸的種萬(wàn)方數(shù)據(jù)天津科技大學(xué)碩士學(xué)位論文類(lèi)、酸的濃度、纖維素／酸比、溫度和水解時(shí)間等水解條件也是確定納米微晶纖維素的形態(tài)及長(zhǎng)寬比(LID)的至關(guān)重要的參數(shù)，有顯著影響能力【171。如纖維素用鹽酸水解處理，得到的納米微晶纖維素水懸浮液分散性能相對(duì)來(lái)說(shuō)就會(huì)比較差，容易發(fā)生凝聚作用““。而換用硫酸來(lái)處理，纖維素降解明顯，無(wú)定形區(qū)及松散的結(jié)晶區(qū)很容易被水觶，同時(shí)表面羥基發(fā)生硫酸酯化反應(yīng)I嘲，得到的納米微晶纖維素表面舍有大量的磺酸
8、基團(tuán)，其水懸浮液因此帶有負(fù)電荷，由于其相互排斥作用，其穩(wěn)定性好120],但是隨著納米微晶纖維素鏈上磺酸基的增多，會(huì)對(duì)其熱穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，熱穩(wěn)定性有所下降【2ll。其實(shí)，水解條件對(duì)其影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，因?yàn)楦鞣N條件并不是單獨(dú)起作用，而是相互影響，相互作用。圖1-3透射電鏡照片(a)中國(guó)棉花NCC(b)緬甸棉花NCC(c)廢紙NCCFigl-3(曲TEMimageofCNC(”TEMimageofSANC(e)TEMimageofTNC[16111．2．2酶解法酶解法制各納米微晶纖維素是一種條件溫和，專(zhuān)一性強(qiáng)的方法
9、，且所用的試劑酶與纖維素酶均為可再生資源，酶解制備納米微晶纖維素是利用纖維素酶有選擇性地酶解掉纖維素中的無(wú)定形的纖維素．留下結(jié)晶區(qū)，在這一過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生表面腐蝕、剝皮以及細(xì)纖維化和切斷作用，使纖維素分子聚合度下降口2】。酶解法的機(jī)理尚存在異議，但普遍認(rèn)同Reese口”等人的C1-Cx假說(shuō)，認(rèn)為將纖維素完全水解為葡萄糖必須依靠不同種類(lèi)的酶協(xié)同作用。纖維素中特殊的氫鍵和有序的結(jié)晶區(qū)使其酶解成為一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)槔w維素的不可溶性，纖維素酶不能擴(kuò)散到底物的結(jié)構(gòu)特征部位俐，因此酶水解法是一個(gè)緩慢的過(guò)程，它從表面逐步
10、向內(nèi)作用。另外．纖維素有兩個(gè)主要的類(lèi)型：海藻-細(xì)菌類(lèi)型(富含纖維素IⅡ結(jié)晶區(qū))和棉花．苧麻類(lèi)型(富含IB結(jié)晶區(qū))。海藻一細(xì)菌類(lèi)型的纖維素是易受纖維素酶影響的，而棉花-苧麻類(lèi)型因受主導(dǎo)地位的IB結(jié)晶區(qū)的影響，極難酶解，酶活性的損失和水解率低是其面臨的主要問(wèn)題。早期的研究顯示，在飼料精煉過(guò)程中，材料(纖維素)受到真菌預(yù)處理能源消耗顯著降低12”，在精煉過(guò)程中能耗
