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        基于輻射降解的納米纖維素綠色宏量制備技術(shù)與機理研究

        2019-01-14 21:21:06崔國士趙紅英束興娟河南科高輻射化工科技有限公司河南省輻射化學(xué)新材料重點實驗室洛陽471000通信作者聯(lián)系方式cuiguoshi2008126com
        天津造紙 2019年2期
        關(guān)鍵詞:棒狀均質(zhì)纖維素

        楊 蓓,崔國士,趙紅英,束興娟,樊 茹(河南科高輻射化工科技有限公司,河南省輻射化學(xué)新材料重點實驗室,洛陽471000)通信作者聯(lián)系方式:cuiguoshi2008@126.com

        納米纖維素及其應(yīng)用是當前纖維素科學(xué)的前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域。 國外已有日本制紙、瑞典Innventia 公司、加拿大CelluForce 公司等企業(yè)投入了中試規(guī)模的試驗裝置, 但國內(nèi)對該方面的研究大多仍處于實驗室研究階段。

        酸解法是當前應(yīng)用最多的納米纖維素制備方法,但該方法需要消耗大量的高濃度無機酸,后處理困難,制備效率低,且存在嚴重的酸排放環(huán)境污染問題。 基于TEMPO 催化劑的催化氧化法是研究較多的納米纖維素制備方法之一,但是TEMPO 催化劑價格昂貴,且回收困難,導(dǎo)致其制備成本很高,不利于納米纖維素的推廣應(yīng)用。

        本項研究以天然木槳纖維素為原料, 通過電子束輻射降解和進一步的機械化學(xué)處理首先制備了微米級的纖維素纖維水分散膏體,然后進一步通過高壓均質(zhì)制備了高濃度(≥5.0%)的納米纖維素水分散液。通過原子力顯微鏡(AFM)和激光粒度儀分析可知,所制備的納米纖維素的長度在100~450 nm 區(qū)間,直徑在40~60 nm 區(qū)間,呈短棒狀;電子束輻射的吸收劑量、機械化學(xué)處理過程的催化劑用量、溫度和時間以及高壓均質(zhì)過程的物料濃度和處理時間對機械化學(xué)處理后纖維素顆粒和高壓均質(zhì)后納米纖維素顆粒的尺寸、長徑比和聚合度均有顯著影響。 制備機理可描述為“三步法”,輻射降解過程有效降低了纖維素的聚合度,并使纖維素晶體產(chǎn)生大量缺陷;機械化學(xué)處理過程中,在機械力和微量催化劑的作用下,由表面至內(nèi)部,原纖纖維逐步分絲、切斷、剝離,形成短棒狀微米級纖維;高壓均質(zhì)過程使微米級纖維進一步分絲形成短棒狀納米纖維素晶體。

        本項研究制備過程中僅涉及微量催化劑,無污染物排放;后處理簡單,易于工業(yè)化實施,成本低廉。 對于實現(xiàn)納米纖維素的規(guī)?;a(chǎn)和廣泛推廣應(yīng)用具有重要價值。

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