微晶纤维素的研究进展思路
微晶纤维素的研究进展
高分子材料2班 刘卓君 20080402B020
摘要：微晶纤维素是可自由流动的纤维素晶体组成的天然聚合物,它是天然纤维素经稀酸水解并经一系列处理后得到的极限聚合度的产物。广泛用于食品、医药及其他工业领域，本文综述了微晶纤维素的特性、理化性质、制备方法以及国内外微晶纤维素的研究进展。
关键词：微晶纤维素；结晶度；聚合度 ；可压性；流动性；制备；研究进展
正文：微晶纤维素(MCC)是由天然纤维素经稀无机酸水解达到极限聚合度的极细微的白色短棒状或无定形结晶粉末,无臭、无味。颗粒大小一般在20-80微米，极限聚合度(L0DP)在15～375；不具纤维性而流动性极强。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂，在稀碱溶液中部分溶解、润涨，在羧甲基化、乙酰化、酯化过程中具有较高的反应性能。由于具有较低聚合度和较大的比表面积等特殊性质，微晶纤维素被广泛应用于医药、食品、化妆品以及轻化工行业。
微晶纤维素有两种主要形式:细粉末和胶体状。前者用于吸附剂或粘合剂,后者作为液体中的分散剂。粉末状微晶纤维素的应用范围是作为抗结块剂,它有防结块和帮助流动的作用。另外,微晶纤维素还是食品中非营养部分,用作健康食品中的食用纤维。作为功能食用纤维,微晶纤维素可起到诸多保健作用。微晶纤维素有吸油特性,所以粉末化的微晶纤维素还被用作香精和香料油的载体。另外,它常被用于某些挤出食品的助流剂。胶体状微晶纤维素的多功能性表现在:乳化和泡沫稳定性;高温下稳定性;非营养性填充物和增稠剂;液体的稳定和胶化剂;改善食品结构;悬浮剂;冷冻甜食中控制冰晶形成。
随着科技的发展，为了更大程度降低成本，有效利用资源和加强环保，人们也在不断研究采用更好的原料和更好的方法来生产微晶纤维素，并进一步探究其可能的用途。
1.微晶纤维素的理化性质
MCC 的用途广泛,用以描述的指标很多,主要有聚合度、结晶度、粒度、吸水值、润湿热、比表面积、填积密度、过滤指数和特性粘数等。
1. 1 结晶度
结晶度是指结晶区占纤维素整体的百分率。结晶度的大小对纤维素纤维的尺寸稳定性和密度等都有影响,常规测量方法X2射线衍射法和红外光谱法。通过分析后表明,MCC 都保留有纤维素I 的结晶,结晶度与晶体大小都比纤维原料的要大,结晶度Kp 一般都在0. 60 以上。
1. 2 聚合度
聚合度是指纤维素中重复的葡萄糖结构单元的数目。不同原料得到的MCC 的聚合度差别较大,如表1所示。MCC 的分散性越小, 说明MCC 的分布均一。从理论上讲,纤维素原料都可以生产不同聚合度范围的MCC 产品。
1. 3 比表面积 比表面积是指单位质量颗粒状物质的总面积,是评价多孔物质性能的重要参数之一。MCC 的比表面积可根据氮气吸附和水蒸气吸附的BET 法(Brunner2Emmet t2Teller
met hod) 测定。在水蒸气吸附时,由于氢键力较弱,当MCC
浸没在水中时,氢键极易被破坏。所以用不同方法和不同处理方式得到的比表面积不相等。由氮气吸附法直接得到的是有效面积,而由水蒸气吸附法得到的是内在表面积。其中以氮气吸附时还采用溶剂置换,且比表面积(水蒸气吸附法) 与无定形区的含量成正比。
1. 4 可压性
可压性是指粉状体被压制成形的可能性和压缩物的坚实程度,一般以片剂的硬度衡量可压性。林均柱等研究了不同MCC 样品既不同粒度的MCC 在不同压力下压制的片剂硬度,指出同一种原料,其片剂的强度随压力升高而提高。同一种原料在同一压力下,粒度越小,接触面积越大,片剂的强度也越高。
1. 5 流动性
对于MCC 的流动性一直存在两种不同的观点。Fox 等提出微晶纤维素Avicel 型是自由流动
的,而Mendll ,Bolhuis 和Lerk 却认为Avicel PH101和PH102 流动性差。Mar shall研究了AvicelPH101 ,PH102 , PH103 , PH105 后认为没有一种是自由流动的。其中PH102 流动性最好, PH105 流动性最差,这是因为PH102 由大量不规则的质点形成了粒状粉末,所以粘结性小;而PH105 主要是由小棒条状颗粒组成,这些颗粒连锁,阻碍了MCC 的流动。颗粒的大小对流动性也有很大的影响,颗粒越大,粒间摩擦力小,流动性好。因此,颗粒的大小和形状在很大程度上决定了MCC 的流动性。
1. 6 吸水值
吸水值(WRV) 是MCC
在水中润胀程度的标志。WRV 与由不同原料、不同处理方式所制备的MCC 的形态结构的关系见表2 。从表2 可见,对WRV 影响最大的不是粒径,而是颗粒的大孔体积,大孔体积越多,WRV 就越大。这主要是因为在大孔中保留了大量的粒子间结合水,在测定WRV 时这部分结合水起了决定性的作用。
2.微晶纤维素的制备研究
2.1国内微晶纤维素研究进展
2.1.1甘蔗渣微晶纤维素的制备研究
甘蔗渣纤维素的聚合度(DP)一般在500～700之间，水解后的平衡聚合度(DP)在100 200之间。甘蔗渣由于灰分高、白度低(灰分为1．2％～1．8％，白度为70％～80％)，因此要用它来制备微晶纤维素必须进行增白和降低灰分处理。罗素娟选择盐酸(工业级)来催化水解制备微晶纤维素，其流程见图1。其中固液比为1：15，水解进行35 rain，即达到平衡聚合度。研究表明以甘蔗渣浆粕为原料生产微晶纤维素是可行的，产品质量符合标准要求，其中得率为82．18％，聚合度为120，其颗粒数量分布较均匀，粒径较小，中位粒径11．2 m，小于25 tan的产品占92．1％，水分2．42％，灰分0．13％，白度90．98％，经应用试验，效果良好，母液可以循环使用。生产废水经处理后达到排放要求。
2.1.2 稻草微晶纤维素的制备研究
稻草中含有40％的纤维素，陈家楠等研究了利用稻草制备微晶纤维素，其制备流程如下：
其中氢氧化钠碱煮浓度为0．015 tool，温度120℃ ，时间2 h。酸水解条件是：浓度为2 mol的盐酸，在80℃下水解1 h。然后漂白和洗涤，过滤分离，在80℃下干燥，经粉碎即得到产品。经分析微晶纤维素的尺寸约20～30脚，聚合度约为80～120，结晶度约0．75～0．80，符合要求。
2.1.3 大豆皮微晶纤维素的制备研究大豆皮中含有大约65％的膳食纤维、丰富的糖、蛋白质、少量脂肪及其它微量成分。吕艳蓓研究了利用大豆皮来制备微晶纤维素，具体方法为：首先将大豆皮粉碎、过筛(0．175 mm)，然后用浓度为1％的碳酸氢钠溶液在80℃下煮1 h。用水洗至中性；用3％双氧水处理0．5 h进行漂白，并用2％亚硫酸钠和水进行漂洗，然后加入5％的盐酸在100℃处理40 min，从而得到较好的微晶纤维素产品。
2.1.4 穿龙薯蓣微晶纤维素的制备研究袁毅等以提取皂苷后的穿龙薯蓣残渣为原料，分离纯化得到纤维素，再经过水解制得微晶纤维素。具体方法为：纤维素制备：先将提取皂苷后的穿龙薯蓣残渣于4O℃干燥，以10％氢氧化钠溶液加热煮沸1 h，待冷却后分离固形物并用蒸馏水冲洗干净。然后按每g残渣加2 mL 5％的次氯酸钠溶液的比例，用醋酸调节pH值为5．0，加热至55℃处理1 h。然后过滤，残渣用蒸馏水冲洗至中性，再用95％的乙醇溶液洗涤除杂，最后水洗至无乙醇味，制得纤维素。微晶纤维素制备：将所制得的纤维素在微沸状态下酸解1 h，然后于水解液中加入一定量蒸馏水，待固液分层后，分离固形物并用蒸馏水洗至中性。抽滤、烘干、研磨、过筛，制得微晶纤维素。经测定，样品中MCC为91．7％，聚合度为164，结晶度为77．1％，平均颗粒大小为23．21 nm。
2.1.5 杉木微晶纤维素的制备
王宗德等以杉木木材为原料，将制取的纤维素利用稀酸水解，制备了微晶纤维素。水解的最佳条件是：使用质量分数为6％的盐酸，m(杉木纤维素)： (盐酸)=1：20，水解温度为92℃ ，水解时间为25 rain。产率可达到94．6％。范国荣等[7J以杉木木材为原料，经过漂洗、水洗、水解、水洗、干燥及粉碎程序制备微晶纤维素，通过正交试验，选出了最佳的制备工艺：3％Na2SO3、4％HC1、90℃ 下水解60 rain时得率最高(88％)；I％N~SCh、6％HCI、94℃ 下水解30 min时0．074 1TI／TI的通过率最高，粒度为97．2(粒度以通过0．074 mm计算)。
2.1.6 棉短绒微晶纤维素制备研究
目前，国内主要利用棉花或纸浆生产食品级微晶纤维素，这种方法代价较大而且污染严重。徐永建利用棉短绒作为原料生产食品级微晶纤维素很大程度上避免了这些缺点，其方法如下：纤维素浆制备：将捶打到一定程度的棉短绒放入反应罐，并加入10％ NaOH、2％ H202、0。5％MgSO4和0．6％ Na2SiO3，然后向罐内通入氧气使罐内压力为0．5 MPa，并在120℃加热反应90 min，然后冷却、漂白洗涤，制得纤维素浆。微晶纤维素的制备：将漂洗过的纤维素浆放入30％～35％盐酸中(固液比1：10)在50～60℃下水解60 min，冷却后用水稀释2次，并静置24 h使析出粉末状沉淀，然后加入5％的稀碱在80～90℃处理40 rain直至溶液呈中性，然后用离心机分离，并用水洗涤沉淀物2次，过滤至干，再用95％的乙醇淋洗至滤出液体无颜色，然后加入丙酮淋洗1次，放入烘箱在8O℃干燥然后粉碎即得产品。经检测发现产品粒度达到食品级微晶纤维素的要求。
2.1.7 棉短绒纳米级微晶纤维素制备研究 Guan Ying Ting等研究了用棉短绒制备纳米级微晶纤维素，首先将棉花纤维在80℃干燥2 h并切成2 crn长，并用粉碎机切成0．5 ITUTI的棉短绒。取5 g棉短绒与300 mL 64％的硫酸混合，在室温下搅拌2 h，然后离心分离。将蒸馏水300 n止和离心所得产物制成悬浮液，加入500 mL的塑料瓶中，放入超声仪中超声处理4 h，其中每处理20 rain后用冰浴冷却10 min以防止过热，超声处理完成后离心除去剩余的硫酸，将产物用丙酮或蒸馏水洗涤后，再离心除去，最后用喷雾干燥器干燥得微晶纤维素。用激光粒度分析仪检测得平均粒度为97 l-lIn，其中90％颗粒小于154 nm，而且粒度随酸浓度的改变而改变，通过电子透射电镜发现当水解4 h后超声处理得到的MCC平均粒度75 rlrn，而当水解20 min后再超声处理所得MCC粒径为107
nrn。Guan Ying Ting等还研究了纳米级微晶纤维素对于织物的影响。将平整的织物(含棉纤维112 g/m，聚酯64 g/m，毛纤维187g/m )放入棉短绒纳米级微晶纤维素和水的悬浮液[5
g/(300mL) ]中浸泡2 h(其中固液比例为1：30)并且每间歇20 min搅拌1次，然后将织物在100℃干燥30min，并在165℃熟化5 min。利用紫外一可见分光光度计检测处理过的织物，发现其紫外线防护系数提高了20％，而其导热性、手感都没有改变，可见将纳米级微晶纤维素涂在织物表面，能够很好地防止紫外光照射。
2.2 国外微晶纤维素研究进展
2.2.1 甘蔗渣等微晶纤维素及硅微晶纤维素(SMCC)的制备研究
微晶纤维素溶解方法
微晶纤维素溶解方法
嘿，朋友！你要是和我一样在化学或者材料科学这个大圈子里混过一段时间，那微晶纤维素肯定不陌生。这微晶纤维素啊，就像一个神秘的小粒子，在很多领域都有着大用途。不过呢，要搞定它的溶解可不容易，就像要打开一把复杂的锁一样。今天呀，我就来和你唠唠微晶纤维素的溶解方法。
我有个朋友小李，他在实验室里捣鼓这个微晶纤维素可有些时日了。有一回我去他那，看他对着那些微晶纤维素发愁呢。我就问他：“咋啦，这微晶纤维素把你难成这样？”他皱着眉头说：“你不知道啊，这微晶纤维素溶解起来可麻烦了，我试了好几种方法，都不太理想。”我就说：“那你都试过啥方法呀？”
他说他最先想到的就是用水来溶解。毕竟水是最常见的溶剂嘛。可是啊，微晶纤维素这玩意儿在水里就像个倔强的小孩，根本就不怎么溶解。他在那烧杯里搅啊搅，微晶纤维素就只是在水里飘着，偶尔有一点点像是溶进去了，但大部分还是我行我素。我当时就想，这微晶纤维素是不是就像那些特别高傲的人，不愿意和水这种“大众朋友”打交道呢？
后来呀，小李又试了有机溶剂。像乙醇这种有机溶剂，他觉得说不定能让微晶纤维素屈服。他把微晶纤维素放进乙醇里，然后满怀期待地摇晃着试管。可是呢，结果还是不尽人意。微晶纤维素在乙醇里就像在水里一样，不怎么买账。这就好比你想让一只猫在狗窝里待得自在，那根本就不可能嘛。
不过呢，小李可不是轻易放弃的人。他开始查阅各种资料，还和其他实验室的小伙伴交流。有个叫小张的小伙伴就给他出了个主意。小张说：“你有没有试过用离子液体来溶解微晶纤维素呀？”小李眼睛一亮，他之前还真没怎么考虑过离子液体呢。
离子液体可是个神奇的东西。它就像一个万能钥匙，对很多难溶的物质都有办法。小李赶紧找来了一种离子液体，小心翼翼地把微晶纤维素放进去。嘿，你还别说，这次的情况就大不一样了。微晶纤维素就像遇到了知音一样，慢慢地开始溶解在离子液体里了。小李高兴得差点跳起来，他说：“这离子液体可真是微晶纤维素的救星啊！”
纤维素综述
纤维素综述
简述：
微晶纤维素是天然纤维素的水解产物,外观呈白色或类白色,是一种晶形粉末产品,不溶于水,性质稳定,与主药不发生化学反应。
作为填充剂,适量用于处方中,可以使制得的颗粒较松散,均匀细小,结合性能好,同时,由于它吸水后能使片子迅速膨胀而崩解,因此,它又是一种良好的崩解剂。近年来,作为一种新型辅料,微晶纤维素在片剂生产制造中的应用越来越广泛。
在近些年的新产品开发研制,原有产品处方的改进及不合格中间产品的再处理等方面,均在不同程度上使用了这一新型辅料,并收到了良好的效果。用于新处方设计中由于微晶纤维素具有良好的结合性与崩解性,因此在开发研制新产品时,它是一种优先选用的辅料,微晶纤维的作用要强于其它类似辅料如淀粉、糊精等。这在处方设计时,我们优先选用了微晶纤维素,经过数次处方调整与试验,当微晶纤维素在片中的含量达到0.025g/片时,生产出的片子结合很好,具有足够的硬度。
制法：
微晶纤维素可用稀无机酸溶液将α-纤维素控制水解制得，α-纤维素可从含纤维素植物的纤维浆制得。水解后的纤维素经过滤、提纯、水浆喷雾干燥形成干的。粒径分布广泛的多孔颗粒。
应用：
解决因工艺带来的问题有些产品的工艺是在迁就产品达到某些指标情况下制定的,一旦工艺变化就会带来诸多问题。例如新速效感冒片,在原处方基础上,为了保证其溶出度符合药典规定,在工艺上不得已将颗粒制得比正常的软一些,打片时打片机的压力也要尽量小一些,使得打出的片子硬度低。在进行薄膜包装时,常常会造成很多碎片,使得成片率降低,为了提高成片率就必须提高片子的硬度。要提高硬度,又不影响溶出度,就要改变原处方,这时微晶纤维素又是一个良好的优选辅料。生产中,压力提高后,我们用一定量的微晶纤素取代了原处方中相应量的某些其它辅料,当其用量达到。片时,收到了良好的效果。片子的硬度由原来的提高至,同时其溶出度也很好,完全符合质量要求。用于不合格中间体的再处理有时制出的片子鼓盖掉盖,裂片或崩解超限。原因在于软材制得不实、颗粒不完整、颗粒太软、干燥程度不够、淀粉糊浓度过大或温度过高,都可以造成上述问题。此外,有些经再处理才合格的原料,如乙酞螺旋霉素,其某些物理性质会发生变化,这也可以导致上述问题的产生。处理方法中间体再处理时,其处理方法因产品的不同及成因不同也有所区别,微晶纤维素的用量也不一样。乙酞螺旋霉素将制好的不合格的中间体颗粒过目筛,细粉按的比例加人微晶纤维素,混匀后加人适量的温淀粉糊制成软材,混实后再制粒,干燥整粒后再加人适量润滑剂,混匀,再投人到开始筛出的颗粒中大混、打片。如为原料原因时,则在投料时直接用一定量的微晶纤维素取代相应量的淀粉投料。每万片投料量用微晶纤维素。交沙霉素、维生素、峡喃坦陡在实际生产中,交沙霉素、维生素容易出现软材制得不实,颗粒发散、结合不好的现象,峡喃坦睫易出现颗粒过硬、崩解不好的现象,致使中间体不合格。处理时根据不同的产品按不同的比例,同时还要考虑中间体不合格的程度,一般比例在范围内,适当加人微晶纤维素,实施补救,一般均可收到满意的结果。具体操作为先从不合格中间体颗粒中用目或目筛选出适量细粉,将该粉与过目筛、给定量的微晶纤维素混合均匀,将该混合物重新投人到不合格中间体颗粒中,大混,打片。
甲酸水解法清洁制备纳米纤维素及其功能性应用和展望
ChinaPulp&PaperVol.40，No.11，2021
·纳米纤维素的清洁制备·
甲酸水解法清洁制备纳米纤维素
及其功能性应用和展望
杜海顺1，2李滨1，*
（1.中国科学院生物能源重点实验室，中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
山东青岛，266101；2.奥本大学化工学院，美国阿拉巴马州，36849）
摘要：纳米纤维素是一种绿色可再生的生物基纳米材料，由于其特殊的物化性质备受学术界和工
业界的广泛关注。清洁高效的纳米纤维素制备方法的建立对实现其规模化生产和商业化应用尤为重
要。本文主要综述了甲酸水解法清洁制备纳米纤维素的研究进展。与传统的无机强酸水解法相比，
甲酸水解法制备纳米纤维素的主要优点包括：甲酸易回收和回用，可确保整个制备过程的清洁；甲
酸在水解纤维素的同时，也与纤维素表面羟基发生反应，从而在纤维素表面引入酯基，同步实现纳
米纤维素的制备与表面改性；通过反应条件的控制，可实现纳米纤维素形貌和性质的可控制备。此
外，本文还概括介绍了甲酸水解法制备的纳米纤维素的功能性应用和展望。由于其特殊的表面性质，
甲酸水解法制备的纳米纤维素在构建异质膜器件、Pickering乳液，以及橡胶和塑料复合材料加填等
领域具有广阔的应用前景。
关键词：纳米纤维素；纤维素纳米晶体；纤维素纳米纤丝；甲酸水解；清洁制备
中图分类号：TS72文献标识码：ADOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.11.009
CleanPreparationandFunctionalApplicationProspectofNanocelluloseBasedonFormicAcidHydrolysis
DUHaishun1，2LIBin1，*
（1.CASKeyLabofBiofuels，QingdaoInstituteofBioenergyandBioprocessTechnology，ChineseAcademyofSciences，Qingdao，
微晶体纤维素的特性及其应用
江西林业科技
2000年第
1期
・综述・
微晶体纤维素的特性及其应用
王宗德1
,胡庆国2
(
1.江西农业大学林学院
,南昌
,330045,2.江西省靖安县林业局)
摘 要
:综述了微晶纤维素的特性及其应用状况
,并在此基础上
,提出了利用江西省丰富的木本植
物纤维资源
,发展微晶纤维素的建议。
关键词
:微晶纤维素
;特性
;应用
分类号
:
TQ352.78 文献标识码
:
A 文章编号
:10062
2505(
2000)
012
00262
03α
微晶纤维素(
MicrocrystallineCellulose
简称
MCC)是可自由流动的纤维素晶体组成
的天然聚合物
,它是天然纤维素经稀酸水解
并经一系列处理后得到的极限聚合度的产
物[1]
。因系天然纤维素水解而来
,故旧称水解
纤维素(
Hydrocellulose)[2.3]
。这一产物一直
未被重视利用
,直至本世纪
50年代开始
,才
逐渐被研究和生产证明是一种用途广泛的产
品
,并迅速成为纤维素改性产品中的重要一
员[4]
。
MCC是一种非常有价值的产品
,广泛应
用于医药、食品、化妆品、轻化工、农业等各生
产部门[1,4]
。由于它具有多方面的功能作用和
优良性能
,国内外需求日益增长
,且新用途正
在不断地被开发出来
,因此
,
MCC是一种很
有前景的纤维素改性产品
,值得研究和开发。
1 微晶纤维素的特性
MCC呈白色粉末状
,无毒无味
,是由微
晶体组成。不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂,
在稀碱溶液中部分溶解、润胀[1]
。它的特性主
要表现在聚合度、结晶指数、晶粒大小、吸水
值、润湿热、比表面积及反应性能等方面。
1.1 结晶度
结晶性高聚物中晶体部分所占的百分比
,即结晶度
,是一种重要的工艺指标。
MCC
结晶度的分析一般采用
x-射线衍射分析。
通过分析后表明
,MCC都保留有纤维素的
结晶
,结晶度与晶体大小都比纤维原料的要
大
,结晶度
Kp一般都在
0.60以上[1,4]
。
1.2 吸水值
在吸水性能方面
MCC表现出较大的吸
水值。不同种类及不同浓度的
MCC吸水值
都有所不同
纤维素的发展历程及纳米晶体纤维素的研究概况
纤维素的发展历程及纳米晶体纤维素的研究概况
牟亚妮;张俊;熊悦婷;李宗迪;楼杨;李苹;张灵玲
【摘 要】随着对石油等稀缺、不可再生资源替代品需求的日益增长,工业应用中使用可再生材料已成为必然趋势.基于这种现状,源自天然纤维素的一种最丰富的高聚物——纳米晶体纤维素(NCC),就成为最有前途的材料之一.概述了这种新兴的纳米复合材料的研究进展,重点介绍了其原材料的发展历程以及纳米晶体纤维的结构和形态,同时介绍了生产NCC所面临的挑战,以期为NCC的研发和应用提供参考.
【期刊名称】《生物技术进展》
【年(卷),期】2016(006)001
【总页数】5页(P30-34)
【关键词】纳米晶体纤维素;木质素;纳米复合材料
【作 者】牟亚妮;张俊;熊悦婷;李宗迪;楼杨;李苹;张灵玲
【作者单位】福建农林大学生命科学学院,福州350002;福建农林大学林学院,福州350002;福建农林大学,生物农药与化学生物学教育部重点实验室,福州350002;福建农林大学,生物农药与化学生物学教育部重点实验室,福州350002;福建农林大学,生物农药与化学生物学教育部重点实验室,福州350002;福建农林大学林学院,福州350002;福建农林大学生命科学学院,福州350002;福建农林大学,生物农药与化学生物学教育部重点实验室,福州350002
【正文语种】中 文 可持续的化学生产产品和生物质材料不仅可以带来巨大的利润，而且在传统石油提炼生产系统中发挥着重大的作用。可生物降解的塑料和可产生再生生物质原料的生物相容性复合材料被认为是有最前途的材料，它可以替代石化基聚合物，减少全球对化石燃料资源的依赖并提供简化的报废处理装置。大部分低价值的生物质被称为木质纤维素，是指占其主要成分的生物聚合物：纤维素、半纤维素和木质素。其中，纤维素是现今最丰富的、可再生的和可利用的聚合物资源，而且在环保性和生物相容性产品需求量日益增长的情况下，纤维素可以被作为一种几乎取之不竭的材料来源。
溶解纤维素-PVA复合凝胶的制备及其性能研究
溶解纤维素-PVA复合凝胶的制备及其性能研究
张莉莉;司玉丹;王志国;范一民
【摘 要】将微晶纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)溶剂体系,并与聚乙烯醇(PVA)NMMO溶液混合,采用溶胶-凝胶工艺制备纤维素-PVA复合凝胶,探究不同凝固浴对复合凝胶性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)、 热重分析(TGA)、
扫描电子显微镜(SEM)等表征手段考察了复合凝胶的晶体结构、 热稳定性、 微观结构等性能,讨论基于NMMO溶剂体系纤维素与PVA复合的成胶机理.结果表明,与分别以水及无水乙醇为凝固浴制得的复合凝胶相比,以20％NMMO/1％硼砂为凝固浴制得的复合凝胶无裂纹,且具有良好的韧性,机械性能最佳;经NMMO溶解后制得的纤维素凝胶由纤维素Ι型转变为纤维素Ⅱ型,而经1％硼砂交联后制得的纤维素-PVA复合凝胶在2θ=13.18°和19.46°处出现新的结晶峰,其为PVA的衍射峰,说明纤维素与PVA交联复合;热重分析显示,与纤维素凝胶相比,纤维素-PVA复合凝胶的热稳定性显著提高,热降解初始温度从270℃升高至280℃左右;利用SEM可观察到经硼砂交联后的纤维素-PVA复合凝胶的孔隙约500 nm,相对于纤维素凝胶,其孔隙结构更均匀紧凑.
【期刊名称】《中国造纸学报》
【年(卷),期】2019(034)001
【总页数】5页(P31-35)
【关键词】N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO);纤维素;聚乙烯醇(PVA);凝胶材料
【作 者】张莉莉;司玉丹;王志国;范一民 【作者单位】南京林业大学化学工程学院,江苏南京,210037;南京林业大学轻工与食品学院,江苏南京,210037;南京林业大学轻工与食品学院,江苏南京,210037;南京林业大学轻工与食品学院,江苏南京,210037;南京林业大学化学工程学院,江苏南京,210037
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ352.77
凝胶材料是一种以液体或气体为分散介质、具有三维结构的高分子聚合物，其中水凝胶是一种亲水但不溶于水的低交联度材料，具有吸水、保水、高溶胀性能以及优良的缓释效果[1]；经干燥制得的气凝胶是一种具有高通透性三维网络结构、极高孔隙率、极低密度、高比表面积等特性的多孔材料。由于凝胶材料具备这些独特性质，从而被广泛应用于分离、吸附、催化、光电、传感器、生物医药等方面[2]。纤维素作为一种来源广泛的生物可降解天然高分子，因其可再生、无污染且内部含有大量丰富的官能团等特点使纤维素功能性生物材料成为研究热点[3]。纤维素基凝胶材料在具备传统凝胶特性的同时融入了自身的优异性能，如良好的生物相容性和可降解性，在制药和化妆品等行业应用广泛[4]。
纤维素在造纸原料中的应用研究
材料制造和应用2020年第2期 26
纤维素在造纸原料中的应用研究
黄 强
（四川轻化工大学，四川 宜宾 644000）
摘 要：造纸业是重要基础原材料产业，与我国的经济生产关系十分密切，造纸行业在国民经济各领域发挥着重要作用，与人
们生活息息相关，据统计，我国居民每年消费纸类用品量巨大，在全球纸类用品消耗量中占比约30%，纸和纸板产品广泛用于国
内各个领域。近年来在造纸原料选择中，竹材已成为造纸专业学者的研究热点，竹材与传统原料相比具有诸多优点，纤维素是自
然界中丰富的可再生有机材料，广泛地分布在植物中，尤其以非木材原料居多。在纤维素的应用方面，其被越来越多地开发为纳
米纤维素、纤维素醚等新型材料原料，纤维素以其独有的优点在造纸领域受到广泛的研究。因此，文章就新型纤维素材料的制备
以及其在造纸原料中的应用展开讨论。
关键词：造纸；竹材；材料；造纸原料纤维素
中图分类号：TS724文献标志码：A文章编号：2096-3092（2020）02-0026-01
随着中国经济的跨越式发展，使得自然资源消耗速度日
益加快，绝大多数资源已日益匮乏，因此人们不断从可再生
绿色资源中探索潜在价值。纤维素是由葡萄糖分子通过糖苷
键连接而成的多糖类物质，纤维素更是自然环境中分布最为
广泛的一种多糖类物质。纤维素在非木材原料中的含量远大
于木材原料，棉花是非木材原料中最优的原料来源，棉花中
的纤维素质地柔软且强度高，可以直接用于诸如纺织业和造
纸业在内的轻工业生产，竹材中的纤维素含量也高于木材。
中国是轻工业生产大国，造纸产业是与国民经济发展关系最
为密切的重要产业，造纸前要经过制浆过程，而制浆就离不
开纤维原料。纤维素是一种数量丰富的绿色可再生资源，年
产量最高可达到上亿吨，纤维素分子长链上大量的羟基可参
与多种基团反应，采用一定方法控制纤维素羟基上基团的特
性，便可制备出不同功能和种类的纤维素衍生物，这就赋予
了纤维素更大的实际应用空间。因此，纤维素在许多材料的
微晶和芦苇浆纳米纤维素的粒度分布分析
第３０卷第５期 ２０１１年１０月 中国野生植物资源 Ｃｈｉｎｅｓｅ ｆｄ Ｐｌａｎｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｖ０１．３０ Ｎｏ．５ ０ｃｔ．２０１１ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—９６９０．２０１１．０５．０１５ 微晶和芦苇浆纳米纤维素的粒度分布分析 刘志明，１、良霄，刘黎阳 （东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨１５００４０） 摘要在一定工艺条件下，硫酸分别水解微晶纤维素和芦苇浆制备纳米纤维素，采用激光粒度分析法分别分析 了微晶和芦苇浆纳米纤维素的粒度分布，结果表明以微晶纤维素为原料，在控制制备工艺条件下可以制备出三维 尺度相差不大的纳米纤维素，ｚ均粒径为１６３．８ ｎｍ。芦苇浆纳米纤维素为非球形颗粒，且不同方向的尺寸相差较 大，Ｚ均粒径为９４２．０ ｒ／ｍ。 关键词微晶纤维素；芦苇浆；纳米纤维素；激光粒度分析 中图分类号：０６３６．１ １ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—９６９０（２０１１）０５—００６２—０４ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ Ｎａｎ０ｃｒｖｓｔａｌｌｉｎｅ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｒｏｍ Ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ Ｒｅｅｄ Ｐｕｌｐ Ｌｉｕ Ｚｈｉｍｉｎｇ，Ｂｕ Ｌｉａｎｇｘｉａｏ，Ｌｉｕ Ｌｉｙａｎｇ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｂｉｏ—ｂａｓｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａ－ ｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ（ＮＣＣ）ｗａｓ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ （ＭＣＣ）ａｎｄ ｒｅｅｄ ｐｕｌｐ ｗｉｔｈ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓ— ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｒｏｍ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ ｒｅｅｄ ｐｕｌｐ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｒｅｓｐｅｃ— ｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｎａｎｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｏｆ ｌｉｔｔｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｂｙ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｚ—ａｖｅｒａｇｅ ｐａｒｔｉ— ｃｌｅ ｓｉｚｅ ｉｓ １ ６３．８ ｎｍ．Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｒｏｍ ｒｅｅｄ ｐｕｌｐ，ｎｏｎ—ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｐａｒ— ｔｉｔｌｅ ｓｉｚｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ，Ｚ—ａｖｅｒａｇｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ９４２．０ ｎｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｉｃｒｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｒｅｅｄ ｐｕｌｐ；ｎａｎｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｌａｓｅｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎａ１） ｓｉｓ 激光粒度分析法是２０世纪７０年代出现的一种 精度高、快速测定从纳米到微米量级范围的颗粒粒 度分布的方法 卜 ，基于光散射原理的激光粒度仪 广泛应用于材料工程、食品工程、制药工程等领域的 收稿日期：２０１１—０２—２５ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１０７０６３３）；中央高 校基本科研业务费专项资金资助（ＤＬ０９ＣＢ０８）；人 力资源和社会保障部留学回国人员科技活动择优 资助项目（０７０４１３１ １４０１）；国家级本科生创新性实 验项目（１０１０２２５２２） 作者简介：刘志明（１９７１一），男，博士，副教授，硕士生导 师，主要从事生物质材料化学制备方面的研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｉｍｉｎｇｌｉｕｗｈｙ＠１２６．ｃｏｒｎ 粒度检测 Ｊ。透射电子显微镜与扫描电子显微镜 能直观提供粉体材料颗粒形貌分析信息，激光粒度 分析仪的测试结果与扫描电子显微镜的图像存在着 一定的联系 ｊ。胡汉祥等 的研究结果表明用激 光粒度分析仪测定粉体材料（制备的或合成的）时， 若出现单一峰，则粒子的形貌为球形、近球形或三维 尺度相差不大时所测得的粒度分布图形；若出现两 个正态分布峰，且为纯物质时，就应考虑它是非球形 颗粒，且不同方向的尺寸相差较大。有效的测量和 控制粉体的颗粒粒度及其分布，对提高产品质量和 性能具有重要意义。纤维植物资源是指植物体内含
纤维素热塑性加工研究进展
◇高教论述◇ 科技一向导 ２０１３年ｌ７期
纤维素热塑性加工研究进展
柴梦倩
（郑州大学材料科学与工程学院河南郑州４５００００）
【摘要】纤维素作为地球上存在量最大的一类有机资源，由于其较高的氢键密度，使其具有高结晶度，导致其热塑性加工受到限制，严重
制约了纤维素的应用范围。也由于纤维素含有大量羟基，使其很容易通过羟基基团的反应，对纤维素进行改性。本文主要综述了纤维素的几种
热塑性改性方法，包括纤维素的醚化、酯化、接枝方法，以及物理共混改性方法。
【关键词】纤维素；纤维素醚；纤维素酯；接枝共聚；共混
Ｏ．前言
纤维素分子式为（ｃ６Ｈ。ｏＯ ） ．是地球上存在量最大的一类有机资
源．其来源可分为植物纤维素、海藻纤维素和细菌纤维素，纤维素还
可由化学方法人工合成。自然界中的纤维素主要是由植物经过光合
作用合成．是一种可再生的．取之不尽用之不竭的绿色可完全生物
降解的绿色天然高分子材料。面临着当今世界能源危机和环境污染
等问题，纤维素的可再生、绿色、无毒等性质，使其成为可用于替代
石油化工原料的一类理想物质 但是这个替代过程存在着很大的困
难。
纤维素是由葡萄糖分子通过Ｂ一１，４一糖苷键链接而成的多糖碳水
化合物，其分子链中含有大量的羟基。由于大量羟基的存在．纤维素分
子链间和分子链内都存在大量的氢键．使得大分子牢固的结合着．整
个大分子呈现刚性的特征．在结构上具有高度的规整性和结晶度 将
纤维素在熔点以上的温度连续加热时．与易热流动的聚对苯二甲酸乙
二酯不同．纤维素材料在熔融前先是热分解而后炭化。因此纤维素是
不溶不溶的一类物质．这就使得纤维素加工困难，严重限制了纤维素
的应用范围。为了解决这一问题。我们可以通过羟基基团的醚化、酯化
或者接枝共聚等反应合成纤维素衍生物，抑制源于羟基的氢键．降低
纤维素的刚性、结晶度和熔点。使热塑性加工成为可能。相关研究人员
通过对纤维素化学改性．添加侧链。使得改性后的纤维素衍生物同时
纤维素的改性及应用研究进展_罗成成
2015年第34卷第3期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS・767・化工进展
纤维素的改性及应用研究进展
罗成成，王晖，陈勇
（中南大学化学化工学院，湖南长沙410083）
摘要：植物纤维素是天然的可再生资源，对纤维素的改性利用一直是研究的热点。本文简要介绍了纤维素的结构
与性质，综述了纤维素的改性方法，包括物理改性、化学改性和生物改性等，其中化学改性是最主要的方法，包
括酯化、磺化、醚化、醚酯化、交联和接枝共聚等，通常涉及其结构中羟基的一系列反应。通过改性，引进了一
系列离子型基团，有利于增强纤维素的亲水性。经改性后的纤维素与之前相比，结晶度和聚合度明显降低，可及
度明显提高，无论物理性质还是化学性质都表现出更大的优越性。其后回顾了纤维素衍生物在食品、造纸以及建
筑行业中的一些研究应用成果，阐述了其在医药及废水处理等方面的研究进展，并展望了纤维素衍生物的发展前
景。
关键词：纤维素；纤维素衍生物；化学改性
中图分类号：TQ072文献标志码：A文章编号：1000–6613（2015）03–0767–07
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.03.028
Progressinmodificationofcelluloseandapplication
LUOChengcheng，WANGHui，CHENYong
（SchoolofChemistryandChemicalEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，Hunan，China）
Abstract：Plantcelluloseisanaturalrenewableresource，andapplicationofthemodifiedcellulosehas
beenaresearchfocus.Thestructureandpropertiesofcellulosearedescribed，andcellulose