纤维素纤维的高碘酸盐氧化机理及氧化纤维素纤维应用的研究

论文摘要

纤维素是使用最广泛的天然高分子聚合物,具有可再生性、可降解性和价格低廉等优点,其研究和应用对实现社会的可持续发展具有重要意义。高碘酸盐氧化纤维素是纤维素衍生物的一种,利用高碘酸盐将纤维素进行选择性氧化具有良好的实际应用价值,通过它可引入醛基、羧基、酮基等官能团,可为纤维素的进一步改性提供条件,有利于拓宽纤维素的应用领域。但是,许多机理尚不清楚,尤其是将其应用到制浆造纸领域的研究还处于探索阶段,有必要对其进行深入透彻的研究。本论文研究了高碘酸钠与漂白硫酸盐针叶木浆纤维之间的选择性氧化反应。论文首先研究了氧化反应过程中的氧化反应温度、氧化剂浓度、氧化时间、pH、预处理方式对氧化产物性能的影响,包括醛基含量、聚合度、结晶度,从而优化了氧化条件。然后,针对高碘酸盐氧化纤维素纤维本身的物理性能进行研究,包括干抗张强度、再湿抗张强度、伸长率等;利用扫描电镜和原子力显微镜观察了氧化纤维素纤维表面形貌的变化情况;利用FTIR、纤维质量分析仪对氧化纤维素纤维进行分析。最后,利用氧化纤维素纤维分别与亚硫酸氢钠和壳聚糖进行反应,制备了磺化纤维素纤维和抗菌纤维,分析了改性纤维的性能特点。研究发现:纤维素纤维经高碘酸盐氧化处理并经亚硫酸氢盐进一步磺化处理后,手抄片的干、湿抗张强度都大幅度提高。在氧化剂加入量25-50%（w/w）的范围内,氧化时间240 min、磺化剂用量30%（w/w）、磺化时间180 min的条件下,磺化后手抄片的干、湿抗张指数可分别达到62.94N·m/g和8.30 N·m/g,分别为参照样干抗张指数12.44 N·m/g的506%和67%。与氧化后的手抄片的干、湿抗张指数相比,分别提高了1.1倍和1.4倍,磺化后未经干燥的纤维素纤维的吸水性能也得到大幅度改善。实验中所制备的抗菌纤维具有良好的抗菌性能,对枯草杆菌和大肠杆菌的抑菌率可分别达到95.1%和90.2%。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了改性纤维表面形貌的变化情况。这些仪器为表征和分析改性纤维表面形貌提供了便利条件和可靠保障。总之,纸浆纤维经高碘酸盐氧化处理后,不仅向纤维素上引入了较活泼的醛基基团,氧化纤维素纤维本身也具有较好的物理性能,这些为纤维素的进一步接枝改性提供了条件,有利于制备具有更多功能的新材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 高碘酸盐氧化纤维素的研究
• 1.1.1 氧化反应机理
• 1.1.2 氧化反应的特点
• 1.1.3 高碘酸盐氧化纤维素的性能研究
• 1.1.4 氧化纤维素的应用
• 1.1.5 展望
• 1.2 纤维表面形貌分析
• 1.3 本论文研究的主要内容及意义
• 1.3.1 本论文研究的主要内容
• 1.3.2 本论文研究的意义
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验设备与仪器
• 2.2 实验工艺路线
• 2.2.1 氧化纤维素纤维的制备
• 2.2.2 磺化纤维素纤维的制备
• 2.2.3 壳聚糖接枝氧化纤维素纤维的制备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 氧化纤维素醛基含量的测定
• 2.3.2 氧化纤维素粘度的测定
• 2.3.3 氧化纤维素结晶度的测定
• 2.3.4 氧化纤维素纤维的质量分析
• 2.3.5 保水值的测定
• 2.3.6 纸页物理性能的测定
• 2.3.7 壳聚糖相对分子量的测定
• 2.3.8 氮含量的测定
• 2.3.9 抗菌性能的测定
• 2.3.10 纤维表面形貌分析（SEM、AFM）
• 2.3.11 傅立叶变换红外光谱分析（FTIR）
• 3 结果与讨论
• 3.1 氧化纤维素纤维的研究
• 3.1.1 氧化纤维素醛基的定性分析
• 3.1.2 氧化反应温度对双醛纤维素（DAC）性能的影响
• 3.1.3 氧化剂浓度对 DAC性能的影响
• 3.1.4 pH值对 DAC性能的影响
• 3.1.5 不同预处理方式对 DAC性能的影响
• 3.1.6 高碘酸盐氧化对 DAC物理性能的影响
• 3.1.7 高碘酸盐氧化纤维素纤维的质量分析
• 3.1.8 氧化纤维素纤维的扫描电镜（SEM）分析
• 3.1.9 小结
• 3.2 磺化纤维素纤维的研究
• 3.2.1 磺化纤维素纤维的吸收性能
• 3.2.2 磺化纤维素纤维手抄片的干、湿抗张强度
• 3.2.3 磺化纤维素纤维的原子力显微镜（AFM）分析
• 3.2.4 小结
• 3.3 氧化纤维素接枝壳聚糖的研究
• 3.3.1 氮含量及壳聚糖含量的测定
• 3.3.2 手抄片物理性能测试
• 3.3.3 改性纤维素纤维的抗菌性能分析
• 3.3.4 改性纤维素纤维的 SEM分析
• 3.3.5 改性纤维素纤维的 AFM分析
• 3.3.6 小结
• 4 结论
• 4.1 本论文主要结论
• 4.2 本论文的创新点
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读学位期间发表的论文
• 8 获奖情况
• 9 致谢