酶促麥草纖維素微纖絲制備、結(jié)構(gòu)及性能的研究.pdf

1、纖維素微纖絲（cellulose microfibril，簡稱CMF）作為一種可再生、性能優(yōu)良的新型納米生物質(zhì)材料，具有廣泛的應(yīng)用價值和市場前景。然而，在CMF的制備過程中需要消耗大量的機(jī)械能量對纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行解離，并且機(jī)械解離作用也會對CMF產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生極大的影響。因此，本課題以漂白麥草纖維為原料，采用酶預(yù)處理結(jié)合高壓均質(zhì)法制備CMF。通過研究三種不同種類纖維素酶（復(fù)合纖維素酶、內(nèi)切葡聚糖酶和外切葡聚糖酶）對纖維細(xì)胞壁表面

2、形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的影響，以闡明酶預(yù)處理作用機(jī)理；在此基礎(chǔ)上，探討不同酶預(yù)處理對高壓均質(zhì)的作用效果以及處理條件對CMF結(jié)構(gòu)和性能的影響；將上述CMF用于薄膜制備，并進(jìn)一步研究CMF薄膜相關(guān)性能，以期實現(xiàn)CMF高效制備及產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)。
　　研究不同纖維素酶對纖維細(xì)胞壁表面形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：經(jīng)三種纖維素酶處理后，纖維表面變得粗糙，細(xì)胞壁外層逐漸脫落，出現(xiàn)橫向溝槽和縱向裂隙，甚至切斷，其原因是由于酶分子從細(xì)胞壁外層逐漸作用于內(nèi)

3、層，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)遭到破壞。同時，當(dāng)酶用量較小時，含有較多孔隙的細(xì)小纖維組分會優(yōu)先被酶水解，使三種酶水解后纖維總孔容和平均孔徑均減小；隨著三種纖維素酶用量的增加，酶水解向纖維細(xì)胞壁內(nèi)部的進(jìn)一步深入作用，產(chǎn)生新孔隙和破壞孔隙這兩方面的共同作用使纖維平均孔徑等參數(shù)有所變化，但整體上表現(xiàn)出增大的趨勢。
　　將經(jīng)上述三種纖維素酶水解后的纖維樣品（纖維得率均為75％）再經(jīng)高壓均質(zhì)處理30次制備出CMF。結(jié)果表明：CMF仍具有天然纖維素的基本化學(xué)

4、結(jié)構(gòu)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)；與纖維原料相比，CMF懸浮液具有良好的分散穩(wěn)定性，其熱穩(wěn)定性有一定程度的提高；與未經(jīng)酶預(yù)處理所制備的CMF相比，經(jīng)酶預(yù)處理所制備的CMF平均直徑由64.2nm顯著下降到28.5nm附近，長度達(dá)幾微米到十個微米間，長徑比明顯增加，經(jīng)酶預(yù)處理制備的CMF結(jié)晶度增加約18%，平均聚合度降低約48%，陽離子需求量增加約22%，保水值增加約37%；與其他兩種酶相比，由于復(fù)合纖維素酶預(yù)處理后纖維具有更大的平均孔徑等參數(shù)，經(jīng)高壓均質(zhì)更

5、容易解離，所制備的CMF具有更高的結(jié)晶度和聚合度等，且成本相對低。因此，酶預(yù)處理可以顯著改善后續(xù)均質(zhì)處理效果，且復(fù)合纖維素酶的作用效果較好。
　　采用復(fù)合纖維素酶對纖維進(jìn)行預(yù)處理，考察均質(zhì)次數(shù)對CMF結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，解離出來的微纖絲變得更細(xì)更均勻，平均聚合度逐漸減小，陽離子需求量逐漸增加，懸浮液的穩(wěn)定性逐漸提高，而結(jié)晶度表現(xiàn)出先增加后逐漸減小的趨勢；當(dāng)均質(zhì)次數(shù)超過20次后，CMF直徑和平均聚合度下降

6、趨勢變緩，而陽離子需求量增大趨勢也變緩，再增加均質(zhì)次數(shù)并不能達(dá)到顯著改善CMF性能的效果，反而增加機(jī)械能耗。對于不同的酶用量預(yù)處理，增加均質(zhì)次數(shù)會發(fā)生相似的變化趨勢。因此，酶預(yù)處理后再均質(zhì)20次能夠達(dá)到很好的作用效果。
　　將上述不同CMF制備出一系列CMF薄膜，考察酶預(yù)處理及均質(zhì)處理對CMF薄膜力學(xué)性能和光學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著酶用量或均質(zhì)次數(shù)的增加，CMF薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率表現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，透光率表現(xiàn)出持