機(jī)械力化學(xué)法制備納米纖維素及其改性研究.pdf

1、納米纖維素的優(yōu)良性使其在精細(xì)化工、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)械力化學(xué)是利用機(jī)械能來誘發(fā)化學(xué)變化和物理化學(xué)變化，廣泛應(yīng)用于制備超微及納米晶體、納米復(fù)合材料等。
　　本文采用人纖漿為原料，以磷酸為助劑，利用機(jī)械力化學(xué)法制備納米纖維素。通過單因素試驗(yàn)并利用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計方法中的Box-behnken模式設(shè)計試驗(yàn)來優(yōu)化制備納米纖維素工藝條件并分析不同影響因素之間的交互作用。優(yōu)化得到的最佳工藝條件為H3PO4濃度81.64%，反

2、應(yīng)時間159.29min，反應(yīng)溫度51.43℃，超聲時間2.23h，得率預(yù)測值為92.24%，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，其納米纖維素得率為92.05%，與預(yù)測值基本吻合。
　　采用纖維形態(tài)分析儀對人纖漿的纖維形態(tài)進(jìn)行觀察分析。原料人纖漿的纖維細(xì)長，帶有少量短纖維。人纖漿的長度主要在0.68~5.31mm之間，寬度主要在15~60μm之間。人纖漿在機(jī)械力化學(xué)作用下，人纖漿的長度和寬度均明顯減小，形成微纖絲，并互相纏繞形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。納米

3、纖維素呈棒狀，且交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其纖維的長度和寬度分別約為100~300nm和10~40nm。在超聲波的作用下，微纖絲被分散為更細(xì)更短的纖維，但網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)未被破壞。紅外分析表明納米纖維素、膠狀物和人纖漿都具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)，制備過程中發(fā)生的酸水解不會改變纖維素的結(jié)構(gòu)。X射線衍射分析表明制備過程中纖維素的晶型發(fā)生變化，結(jié)晶度下降。納米纖維素的熱穩(wěn)定性較人纖漿差。
　　以尿素、濃H2SO4、磷酸/多聚磷酸為催化劑制備改性納米纖維素，并

4、進(jìn)行表征。由紅外譜圖分析表明：以尿素為催化劑時，隨著磷酸潤脹反應(yīng)時間的增加，尿素改性納米纖維素的特征峰位置與人纖漿的特征峰位置基本不變，羥基峰強(qiáng)度逐漸減小。尿素用量過多或過少均不利于纖維素酯的生成。尿素催化反應(yīng)時間在90min以內(nèi)均能起到一定的催化效果，但催化反應(yīng)時間達(dá)到120min時，可能導(dǎo)致酯發(fā)生水解。以濃H2SO4為催化劑，濃H2SO4用量為2ml的改性納米纖維素在1725cm-1附近有C=O吸收峰，表明該納米纖維素為納米酯化纖維

5、素。而濃H2SO4用量為4ml的改性納米纖維素在1725cm-1無吸收峰。當(dāng)濃H2SO4用量為6ml時，纖維素因反應(yīng)過度完全被降解。以磷酸/多聚磷酸為催化劑，當(dāng)磷酸/多聚磷酸濃度為75%和76%時，制得的改性納米纖維素為白色膠狀的納米纖維素磷酸酯，當(dāng)濃度增加到77%時，改性納米纖維素為無色透明膠狀的纖維素磷酸酯。
　　采用透射電鏡對改性納米纖維素的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，表明尿素改性納米纖維素呈棒狀，同磷酸為助劑的機(jī)械力化學(xué)法制得的納米