基本信息
- 項目名稱：
- 納米微晶纖維素的制備及其對紙漿的助留助濾作用
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 硫酸水解法可以制得穩(wěn)定的帶負電的NCC水分散液，反應(yīng)溫度和酸漿比對產(chǎn)物得率和結(jié)晶度有決定性的影響。 NCC作為單元助留助濾劑，可以提高廢新聞紙漿的留著率，但濾水速度略有下降。
- 詳細介紹：
- 硫酸水解法可以制得穩(wěn)定的帶負電的NCC水分散液，反應(yīng)溫度和酸漿比對產(chǎn)物得率和結(jié)晶度有決定性的影響。制得的NCC得率在23.32%-33.56%之間，結(jié)晶度較高，能達到80%以上。在AFM下觀察，NCC是橫截面尺寸在納米范圍、長徑比很大的長棒狀晶體。將NCC懸浮液置于釔穩(wěn)定的氧化鋯表面，在自然條件下蒸發(fā)，可以得到具有特殊光學(xué)性質(zhì)的膜。在偏振光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)這種膜能夠反射偏振光，且反射光的顏色隨著入射光角度的變化而變化。 NCC作為單元助留助濾劑，可以提高廢新聞紙漿的留著率，但濾水速度略有下降。NCC與CPAM組成微粒助留體系，其留著效果更佳。NCC用量0.25%時，留著率可以達到89%。漿料的濾水速度同時得到了提高。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 近年來隨著石油、煤炭儲量的下降以及石油價格的飛速增長，各國對環(huán)境污染問題的日益關(guān)注和重視，纖維素這種可持續(xù)發(fā)展的再生資源的應(yīng)用愈來愈受到重視。作品以自然界含量最豐富的生物質(zhì)資源-纖維素為原料，利用酸水解法制備納米微晶纖維素，并將其作為助留助濾劑應(yīng)用到紙漿中，研究其對紙漿的留著及濾水性能的影響，擴大了可再生的生物質(zhì)材料在造紙中的應(yīng)用。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 造紙行業(yè)面臨著巨大的資源與環(huán)境壓力。以生物質(zhì)制備“綠色”造紙化學(xué)品及利用生物質(zhì)資源進行生物和化學(xué)改性制備新材料，是未來紙業(yè)發(fā)展的重要方向。近年來，納米微晶纖維素的分離、表征及其在納米復(fù)合材料中的應(yīng)用得到了廣泛的研究，但其在制漿造紙中的應(yīng)用，對紙漿性能的改善作用鮮見報道。利用納米微晶纖維素或者將其與陽離子聚合物配合使用，以改善紙漿的濾水及留著性能，在國際上未見報道。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本研究的開展，對于擴大可再生的生物質(zhì)材料在造紙中的應(yīng)用，探索新型的微粒助留體系，改善制漿造紙操作過程，提高成紙質(zhì)量，具有積極意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 從漂白闊葉木漿中用硫酸酸水解得到了納米微晶纖維素（NCC）。通過X-射線衍射分析(XRD)、顆粒電荷測定儀(PCD)、原子力顯微鏡(AFM)和偏光顯微鏡等分析手段，對其纖維形態(tài)和光學(xué)特性進行了表征，并研究了反應(yīng)條件對NCC的結(jié)晶度、產(chǎn)物得率、表面電荷密度的影響。將制備得到的NCC單獨用作助留助濾劑，或與CPAM聯(lián)合組成微粒助留系統(tǒng)用于紙漿的助留助濾。研究結(jié)果表明，反應(yīng)溫度和酸漿比對產(chǎn)物得率有決定性的影響。由AFM觀察和X射線衍射分析可知，NCC是橫截面尺寸在納米范圍、長徑比很大、結(jié)晶度很高(能夠超過80%)的長棒狀晶體，其得率在23.32%-33.56%之間。將NCC懸浮液置于釔穩(wěn)定的氧化鋯單晶表面，在自然條件下蒸發(fā)，可以得到具有特殊光學(xué)性質(zhì)的膜。在偏振光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)這種膜能夠反射偏振光，且反射光的顏色隨著入射光角度的變化而變化。NCC、CPAM/NCC微粒體系可以提高廢新聞紙漿的留著率。CPAM/NCC微粒體系的助留助濾效果更加明顯，NCC用量為0.25%時，留著率可以達到89%。漿料的濾水性能也得到了改善。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- 1. Li Rongji, Fei Jianming, Cai Yurong, etal. Cellulose whiskers extracted from mulberry: A novel biomass production. Carbohydrate Polymers, 2009, 76: 94–99. 2. Azizi-Samir M. A. S., Alloin F., Dufresne A. Review of recent research into cellulosic whiskers, their properties and their application in nanocomposite field. 2005, Biomacromolecules, 6(2): 612–626. 3. 沈一丁. 生物質(zhì)造紙化學(xué)品的研究進展. 精細化工，2010，27（1）：1-5. 4. Ahola S., Osterberg M., Laine J. Cellulose nanofibrils-adsorption with poly (amideamine) epichlorohydrin studied by QCM-D and application as a paper strength additive. Cellulose，2008，15（2）: 303-314. 5. Henriksson M., Berglund L. A., Isaksson P., Lindstrom T., Nishino T. Cellulose nanopaper structures of high toughness. Biomacromolecules, 2008, 9 (6): 1579-158. 6. 中川弘. 新型漿內(nèi)添加增強劑的應(yīng)用. 國際造紙，2009，28（4）：53-57 7. Bondeson D., Mathew A., Oksman K. Optimization of the Isolation of Nanocrystals from Microcrystalline Cellulose by Acid Hydrolysis. Cellulose, 2006, 13 (2): 171-180
同類課題研究水平概述
- 纖維素主要由植物通過光合作用合成，是自然界取之不盡、用之不竭的可再生資源。近年來隨著能源短缺現(xiàn)象的凸顯，纖維素這種可持續(xù)發(fā)展的再生資源的應(yīng)用愈來愈受到重視。 Nickerson和Habrle發(fā)現(xiàn)在一定濃度的酸中煮沸處理纖維素纖維一段時間，能夠使纖維降解。受他們的啟發(fā)，1950年R?nby等用酸解的方法，從木漿和棉花纖維中制得了膠體粒子大小的NCC懸浮液。大量的研究表明，利用酸或者纖維素酶在一定的條件下水解纖維素纖維，可以得到納米微晶纖維素。NCC具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)與性能以及納米顆粒的典型特性，其彈性模量高達150 GPa。巨大的比表面積、較高的楊氏模量、超強的吸附能力和高的反應(yīng)活性，使NCC具有一些特有的光學(xué)、流變和機械性能。這些特性使得NCC 具有廣泛的應(yīng)用價值。 目前，我國紙和紙板的總產(chǎn)量達到8000萬噸，消費量達到7900萬噸，均位居世界第2 位，但造紙行業(yè)面臨著巨大的資源與環(huán)境壓力。以生物質(zhì)制備“綠色”造紙化學(xué)品及利用生物質(zhì)資源進行生物和化學(xué)改性制備新材料，是未來紙業(yè)發(fā)展的重要方向。 作為一種可再生的生物質(zhì)資源，NCC在制漿造紙中具有廣闊的應(yīng)用前景。NCC具有巨大的比表面積，表面含有豐富的羥基，將其加入紙漿中，能夠與紙漿纖維緊密的結(jié)合，從而提高纖維之間的結(jié)合力。Susanna等人將納米纖維與PAE協(xié)同使用，發(fā)現(xiàn)納米纖維可以大大提高PAE的增強作用。與單獨使用PAE相比，紙張的干強度和濕強度都得到了大幅提高。Henriksson等人利用從木材中得到的納米纖維，做成多孔性的納米紙。這些納米紙具有非常高的韌性和強度。 隨著紙機車速、紙的產(chǎn)量、廢紙使用比例及抄紙系統(tǒng)封閉程度的提高，超高速紙機留著率降低成為急需解決的問題。探索新的助留助濾體系，對豐富造紙濕部化學(xué)理論，改善制漿造紙過程，提高成紙質(zhì)量，具有重要的理論及現(xiàn)實意義。NCC粒子具有納米尺寸，較大的比表面積，可以作為微粒助留體系中的陰離子有機微粒，與陽離子聚合物形成新型的微粒助留體系。近年來，NCC的分離、表征及其在納米復(fù)合材料中的應(yīng)用得到了廣泛的研究，但其在制漿造紙中的應(yīng)用，對紙漿性能的改善作用鮮見報道。本研究的開展，對于擴大可再生的生物質(zhì)材料在造紙中的應(yīng)用，探索新型的微粒助留體系，改善制漿造紙操作過程，提高成紙質(zhì)量，具有積極的理論和現(xiàn)實意義。
