纤维素作为一种天然高分子化合物,在物理形态和化学性能上存在一定缺陷,如热解性能较差、不耐化学腐蚀、机械强度有限等,这些缺陷限制了其应用范围。从天然纤维中分离出的微 / 纳纤丝,由成束的高强度、高弹性模量纤维素分子链组成,是一种质轻、环境友好且可生物降解的聚合物,具备较大比表面积、高强度、低导热系数及可生物降解等优异性能,在电子工业、医药工业、先进材料、包装等多个重要领域有着广阔的应用前景。
微 / 纳纤丝的制备方法多种多样,总结起来主要分为化学法、机械法、生物法等,下面介绍机械法中的研磨法。
研磨法制备纸浆微 / 纳纤丝(使用陶瓷砂磨机制备纸浆微 / 纳纤丝)
将酶解后的纸浆配制成 1L 质量分数为 1% 的水悬浊液,随后进行研磨处理:磨盘间隙为 - 10μm,研磨转速为 1500r/min,研磨时间分别设置为 5、15、30、60、90 和 120min,通过不同研磨时长探究其对微 / 纳纤丝制备的影响。
纤维素酶预处理对桉树纸浆纤维微 / 纳纤丝微观形貌的影响
酶用量是影响纤维素酶降解效果的关键因素,酶用量越高,纤维素酶对纤维的作用越显著,更多纤维表面会变得疏松粗糙,在相同研磨条件下,纤维更易分丝帚化,从而分离出更小的纤丝。当酶解时间由 2h 增加至 6h 时,经研磨制得的微 / 纳纤丝直径明显减小;但当酶解时间延长至 8h 时,纤丝直径未继续出现明显减小。这是因为纤维素酶在特定条件下有适宜的反应时间,当酶解时间达到 6h 时,纤维素酶已充分作用于纸浆纤维,继续延长酶解时间,纸浆纤维的微观形貌及结构不会发生明显变化,微 / 纳纤丝的直径变化也不显著。
研磨时间对桉树纸浆纤维微 / 纳纤丝微观形貌的影响
随着研磨时间的逐步增加,纸浆纤维直径逐渐减小,纤丝逐步从纤维中分离。当研磨时间为 60min 时,纤丝平均直径为 420nm;纸浆经过 120min 研磨后,大部分纤丝已分离出来,呈网状交织状态,但纤丝直径分布不均,平均直径为 128nm。
酶解条件对桉树纸浆纤维微 / 纳纤丝直径的影响
随着酶用量或酶解时间的增加,制备所得微 / 纳纤丝的直径均逐渐减小。这是因为酶用量越多、酶解时间越长,纤维素酶对纤维的作用越充分,酶解反应越全,酶解后的纤维更易实现纤丝化,在相同研磨时间内,使用汽车漆专用砂磨机研磨得到的微 / 纳纤丝直径也越小。
