论文部分内容阅读
我国是传统的栽桑养蚕大国,桑树资源丰富,桑枝是蚕业生产过程中产量最大的资源。据统计,每年早春和夏季伐条产生的桑枝条占桑园年产干物量的65%左右。目前,每年产生的桑枝,除少部分被用于中药材和食用菌的培养基外,绝大部分都会被废弃,给生态环境造成严重影响。开发利用环境友好型桑枝资源,已受到人们的高度重视。据研究报道,桑枝中含有51.88%的纤维素,是开发纤维素的重要原料来源。本研究以桑园中废弃的桑枝为原料,分别用氯化胆碱-1,4-丁二醇法、硝酸-乙醇法和氢氧化钠-亚氯酸钠法从桑枝中提取纤维素,采用Van Soest法测定纤维素的含量,探讨提取桑枝纤维素的最佳方法;利用硫酸酸解桑枝纤维素制备桑枝纳米纤维素(NCC),比较桑枝纤维素和纳米纤维素微观形貌、结晶度和热稳定性等差异;利用桑枝纳米纤维素使石墨烯(RGO)均匀分散,然后添加到聚乙烯醇(PVA)中,通过流延法制备NCC-RGO/PVA复合膜,研究NCC-RGO的添加对复合膜性质的影响。具体研究结果如下:一、桑枝纤维素的分离以桑枝为原料,采用氯化胆碱-1,4-丁二醇、氢氧化钠-亚氯酸钠和硝酸-乙醇法对纤维素进行了分离提取,通过正交试验结果的直接观察,得到三种方法的最佳提取条件和最高纤维素含量,分别为:氯化胆碱-1,4-丁二醇法,温度90℃、时间5 h、固液比1:25(g/m L),纤维素含量为43.74%;氢氧化钠-亚氯酸钠法,温度90℃、时间3 h、固液比1:20(g/m L),纤维素含量为70.16%;硝酸-乙醇法,温度90℃、时间1.5 h、固液比1:20(g/m L),纤维素含量为86.59%。扫描电镜(SEM)分析表明,桑枝粉经三种方法处理后,表观形貌发生了显著变化,大部分木质素和纤维素被去除。傅里叶红外光谱(FT-IR)和热重(TG)分析表明,经三种方法处理后样品中的纤维素含量提高,其中,硝酸-乙醇法提高最多,为56.58%;氢氧化钠-亚氯酸钠法提高了40.15%;而氯化胆碱-1,4-丁二醇法提高的量相对较少,为13.73%。X射线衍射(XRD)分析表明提取分离出的纤维素的晶型没有发生改变,同时与未处理样品相比,结晶度都显著提高,其中,硝酸-乙醇法提取纤维素的结晶度相比未处理样品提高39.08%。综合而言,硝酸-乙醇法为桑枝纤维素的最佳提取方法。二、桑枝纳米纤维素的制备以桑枝纤维素为原料,利用酸解法制备桑枝纳米纤维素,通过单因素试验得到酸解的最佳条件为:时间为50 min,温度为45℃,固液比为1:20(g/m L)。所制备的桑枝纳米纤维素能够稳定地分散在水中,经FT-IR分析,其结构未发生明显变化,说明其在水中的分散性主要得益于其纳米尺寸。XRD结果显示,桑枝纳米纤维素的结晶度比桑枝纤维素提高4.35%。另外,TG分析表明,相比与桑枝纤维素,桑枝纳米纤维素的热稳定性显著提高,当两者质量损失均为10%时,纳米纤维素的热解温度比纤维素提高了56.18℃。因此,桑枝纳米纤维素能够更好地应用于分散剂和包装膜等领域中。三、桑枝纳米纤维素/石墨烯/聚乙烯醇复合膜的制备为了研究桑枝纳米纤维素的应用,通过平板流延法制备NCC-RGO/PVA复合膜。一定比例的桑枝纳米纤维素能够使石墨烯均匀稳定地分散在水中,基于此试验结果,并考虑到经济效益,我们选择5:1 NCC-RGO为添加剂,PVA为基体,制备0.5%、1.0%和2.0%NCC-RGO/PVA复合膜,研究了NCC-RGO对复合膜性质的影响。XRD试验结果表明,添加NCC-RGO的复合膜结晶度有所提高,但提高并不是很显著。同时,拉伸测试和TG分析测试结果表明,一定比例的NCC-RGO能够改善PVA复合膜的拉伸强度、拉伸膜量和热稳定性能。另外,通过吸水率测试发现,0.5%和1.0%的NCC-RGO可以有效降低PVA复合膜的吸水率,但当添加量增加到2.0%时,吸水率会增大。总而言之,NCC-RGO的添加可以改善PVA膜的一些性能,但添加量有一定的要求,需要进一步探索试验。