基于纖維素溶解效應的全纖維素復合材料研究.pdf

1、生態(tài)問題的日益嚴重引起了人們對基于生物質的可降解材料的新興趣，因而從可持續(xù)發(fā)展或生態(tài)設計的角度調整新產(chǎn)品的理念逐步應用于越來越多的材料。全纖維素復合材料（All-cellulose composites，ACC）不僅提高了復合材料的界面相容性，降低制備能耗，而且是一種可完全再生的“綠色”復合材料。
　　本研究在纖維素溶解效應的基礎上，采用磷酸/多聚磷酸體系和NaOH/尿素體系分別制得ACC，并分別用響應面分析法（Response

2、Surface Methodology，RSM）對影響ACC強度的因素進行優(yōu)化。實驗結果表明，磷酸/多聚磷酸法的較優(yōu)工藝為：溶劑濃度為74.08％，溶解時間為50.82min，溶解溫度為19.35℃，預測拉伸強度為60.59MPa。修正后驗證預測值，得到實際拉伸強度為58MPa，與模型預測值的誤差較小。NaOH/尿素法的較優(yōu)工藝為：冷凍時間為1.9h，溶劑用量12.02g，冷凍次數(shù)為2.88次，預測拉伸強度為50.14MPa。修正后驗證

3、預測值，得到實際拉伸強度為47MPa。
　　磷酸/多聚磷酸法和NaOH/尿素法在較優(yōu)條件下制備的ACC拉伸強度分別為58MPa和47MPa，與原料紙相比，強度分別增加了452.3%和347.6%。實驗結果表明，酸法制備的ACC結構，在一定范圍內隨著溶劑濃度的升高，結構變得致密，在74%呈現(xiàn)較致密的結構，繼續(xù)增加溶劑濃度，表面的纖維素出現(xiàn)降解而脫落，樣品在電鏡觀察下呈現(xiàn)網(wǎng)絡狀結構；堿法制備的ACC結構，在一定范圍內隨著溶劑用量的增加

4、，結構變得致密，在15 g呈現(xiàn)較致密的結構，繼續(xù)增加溶劑用量，表面的纖維素出現(xiàn)少量脫落，樣品在電鏡觀察下表面呈現(xiàn)“溝壑”結構。在較優(yōu)條件下，酸法制備的ACC表面和內部結構均比堿法制備的致密。此外，ACC的結構與拉伸強度有關，ACC的結構越致密，拉伸強度就越大。
　　采用X-射線衍射(X-ray diffraction，XRD)對ACC的晶體結構進行分析。結果表明，在樣品制備過程中纖維素的晶型會發(fā)生轉變，由纖維素Ⅰ型變?yōu)棰蛐?，結晶度

5、也有所下降。與結晶度為75.3%的原料紙相比，酸法在較優(yōu)條件下制備的樣品結晶度比堿法制備的下降明顯，兩者的結晶度分別為21.5%和29.4%。采用傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectrometry，F(xiàn)TIR)分析制備過程中ACC的晶體結構和化學結構的變化。FTIR譜圖中，3381cm-1吸收峰在制備過程偏移至3431cm-1附近，進一步說明了纖維素的晶型發(fā)生了轉變。另外在1740-1745cm

6、-1沒有明顯的吸收峰，說明不存在羰基C=O，制備過程未發(fā)生纖維素鏈段部分的氧化。與原料紙相比，ACC的特征吸收峰并未發(fā)生明顯改變，說明兩種方法制備的ACC的化學結構并未被破壞，仍然具有纖維素的基本化學結構。采用熱重分析儀（Thermogravimetric Analysis，TGA）對ACC的熱穩(wěn)定性進行分析。結果顯示，隨著磷酸/多聚磷酸濃度的增加，ACC的熱穩(wěn)定性下降；隨著NaOH/尿素用量的增加ACC的熱穩(wěn)定性也下降，但不明顯；且堿

7、法制備的ACC熱穩(wěn)定性比酸法的好。采用接觸角測定儀（Contact angle，CA）對樣品的疏水性進行分析。結果顯示，酸法制備樣品的接觸角為66.8°，堿法制備的接觸角為65.5°。說明制備的ACC的結構比濾紙致密，疏水性強，且酸法制備的樣品接觸角比堿法的稍大，進一步說明酸法制備的樣品結構比較致密。
　　另一方面，論文初步探索了環(huán)糊精在ACC上的固載，即以ACC為基底，采用一步法將環(huán)糊精固載于ACC上。當環(huán)糊精濃度較小時，不會對