用于橡胶补强的生物纤维素提取方法及实验研究

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纤维素纤维的吸湿性好、透气性强,深受消费者喜爱,但其生产大多采用传统黏胶法工艺,其能耗大,生产流程长,并且在生产过程中不仅释放大量如CS2和H2S一类的污染性气体,同时还会产生大量废渣废料,不仅提高了生产成本,而且对环境造成严重污染。因此,开发一种新型的环境友好的纤维素纤维生产工艺以代替传统的纤维生产工艺尤为重要。低温碱/尿素的配合液提取纤维素的方法不仅可以提高生产效率,优化了产品性能,而且还可以降低能耗,解决了环境污染问题,有独特的优越性,已成为纤维素制备方法之一。目前有利用此方法或改进的方法开展农业垃圾中提取纤维素的研究。本文主要开展了碱/尿素/高锰酸钾配合液提取大蒜皮中的纤维素的研究,先对农业垃圾大蒜皮进行预处理后,再使用碱/尿素/高锰酸钾配合液提取大蒜皮中的纤维素,并将此纤维素用于天然橡胶,制备出了分散性好的纤维素/橡胶复合材料,目前取得了较好的成果。本文完成的主要工作如下:(1)首次提出了低温碱/尿素/高锰酸钾的配合液提取大蒜皮中的纤维素的方法,解决了纤维素结晶的难题,提高了大蒜皮中的纤维素结晶度和结晶效率。加入高锰酸钾后,纤维素与高锰酸钾可同时结晶,并且高锰酸钾破坏溶解体系,能制备出CrI较高的纤维素。(2)提出了大蒜皮中的纤维素用于天然橡胶的方法,并制备出了分散性好的纤维素/橡胶复合材料。由于胶乳的网络结构限制纤维素的增长,避免了纤维素的过度结块,纤维素最终在橡胶里形成稳定的而均一的分散体系。(3)用研制低温碱/尿素的配合液对提取大蒜皮中的纤维素,通过对的不同种类酸提取纤维素的微观形貌、分子基团、微粒粒径、晶型、热重分析等各种参数变化进行了试验,试验结果表明:AC、SC和HC的CrI分别为31.5%,51.2%和66.5%,SC具有成型的晶格形貌,SC和HC中还有大量纳米级纤维素,但化学分析表示硫酸中的SO32-会使得纤维素最后释放单个微晶,最后使结晶度降低。粒径方面,醋酸纤维素的结构十分松散,因而醋酸纤维素的SMD最大,为110μm。(4)纤维素/橡胶复合材料实验结果表明,纤维素的结晶度对纤维素的分散性有很重要的影响,结晶度越高的纤维素分散性越好,并且通过实验证明酸对Payne效应无影响。综合上述分析可以看出,酸处理纤维素时,酸性越强得到的纤维素结晶度越好,但是使用硫酸处理处理纤维素时,纤维素会受到SO32-的影响,纤维素最后释放单个微晶,最后使结晶度降低。纤维素的结晶度越高,纤维素在制备天然胶/纤维素复合材料中纤维素的分散性越好,而提高结晶度可以使用如高锰酸钾的强氧化性物质。这些研究对绿色化学,纤维素提取工艺的发展有重大意义。
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