微射流高压均质制备纳米微纤化纤维及其分散有机染料性能研究

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纳米微纤化纤维素(Nanofibrillated cellulose,NFC)具有高亲水性、高比表面积、高强度、高结晶度等特性,且具有良好的生物相容性,因此在颗粒分散、材料增强和药物载体等方面有着广泛的应用前景。本论文以漂白针叶木浆(不含木质素)为原料,通过生物酶解-机械精磨结合微射流高压均质的方法制备纳米微纤化纤维素,考察不同均质压力和均质次数对NFC结构和性能的影响作用。研究结果显示:随着微射流均质压力和次数的增加,木浆纤维分丝帚化现象明显增强,且木浆纤维长度和粒度不断减小,存在纤维团聚现象。同时,制备得到的NFC直径不断减小,均一性提高。通过扫描电镜检测可知,在25000 psi均质20次条件下,NFC直径已达到纳米级,约67 nm。此外,NFC的分散稳定性不断上升,但结晶度表现出先增加后逐渐减小的变化趋势。为了在制备的纳米微纤化纤维素中引入疏水结构,增强NFC对疏水物质的分散稳定能力,本论文又选择以未漂针叶木浆(含有木质素)为原料,同样通过生物酶解-机械精磨结合高压均质的方法制备了含有木质素的纳米微纤化纤维素(Lignin-containing nanofibrillated cellulose,LNFC),探究木质素存在条件下,均质压力、均质次数对LNFC特性及分散稳定性的影响。结果显示:木质素的存在能延缓微射流低均质压力过程中纤维的微纤化过程,但是能促进高均质压力下纤维的微纤化程度。随着均质压力和均质次数的增加,LNFC的团聚现象不明显,均一性提高,LNFC纤维的平均纤维粒度先上升后减小。同时,研究发现,含有木质素微纤化纤维素分散稳定性优于相同条件下制备得到的不含木质素的微纤化纤维素的分散稳定性。最后,为了对比制备的NFC和LNFC对疏水性颗粒分散稳定性的差异,本论文研究了两种类型纳米微纤化纤维素对有机染料分散稳定性的影响。研究发现,随着均质压力的升高和均质次数的增加,NFC和LNFC本身的分散稳定性提高。同时,NFC和LNFC对有机分散橙30染料的分散稳定性有所提高。在有机分散橙30染料中,随着NFC和LNFC添加量的不断增加,有机分散橙30染料的分散稳定性先上升后下降,NFC和LNFC添加量为20%时,分散稳定性最佳。同时,研究发现,不同特性的纳米微纤化纤维素对有机分散橙30分散稳定性作用效果排序依次为:木质素纳米微纤化纤维(LNFC)>纳米微纤化纤维素(NFC)>Tempo氧化NFC(TONFC)>纳米微晶纤维素(CNC)>Tempo氧化NFC6(TONFC6)。
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