纤维素 | 通过残留木质素的存在改善纳米纤维素悬浮液和薄膜的性能

文摘 2024-12-28 07:03 山西

纳米纤维素通常由漂白纤维素浆通过机械过程制备，近年未漂浆用于制备 LCNFs 的研究增多，因为其成本低且环保，木质素还可为 LCNFs 带来新功能，但木质素对机械原纤化、化学 / 酶预处理效率及 LCNF 薄膜性能的影响尚不明确。近日，科英布拉大学R. O. Almeida · J. A. F. Gamelas 团队，在纤维素领域知名期刊《Cellulose》发表题为：Improvement of the properties of nanocellulose suspensions and films by the presence of residual lignin。

木质素对纳米纤维素悬浮液和薄膜的多种性能的影响，如机械原纤化程度、光学透明度和气体阻隔性能仍是一个研究问题。在本工作中，研究了残留木质素对从未漂白牛皮纸浆中生产含木质素的纳米纤维素（LCNF）的阳离子化和酶预处理效率的影响，以及对相应薄膜的性能（机械、气体屏障、透明度、抗氧化活性和热稳定性）的影响。通过纤化程度、纤维素聚合度、透光率和阳离子基团含量（阳离子化）来衡量，起始纸浆中木质素（3-4 wt%）的存在不会对预处理的总体效率产生负面影响。相反，木质素甚至可以增强机械原纤化和光学阳离子和酶促 LCNF 悬浮液的透射率（透明度）与由漂白纸浆制备的不含木质素的参考纳米纤维素（CNF）相比。木质素还可以提高薄膜的光学透明度。此外，与类似的 CNF 薄膜相比，含有木质素的薄膜表现出更高的抗氧化活性、紫外线吸收能力、更大的炭渣，甚至更好的氧阻隔性。总体而言，纤维素微 / 纳米原纤维生产中残留木质素的存在可以改善一些悬浮液和薄膜性能，尤其是光学透明度。

实验部分

材料：以桉树硫酸盐浆为原料，参考 CNFs 由漂白浆制备，阳离子 LCNF（LCNF-Cat）和酶解 LCNF（LCNF-Enz）分别使用特定卡伯值的未漂浆，通过阳离子化和酶解预处理后高压均质制备，同时列出了所用化学试剂和酶。

(L) CNFs 制备阳离子化：UEKP 与 CHPTAC 反应，在特定条件下（如 NaOH/AGU 摩尔比、CHPTAC/AGU 摩尔比、温度和时间）制备 LCNF-Cat，参考 CNF-Cat 以相同条件用 BEKP 制备。

酶解预处理：UEKP 酶解前先打浆，在特定条件下（如酶用量、温度、时间）制备 LCNF-Enz，参考 CNF-Enz 用精制 BEKP 按类似程序制备，预处理后的浆稀释后高压均质。

(L) CNFs 表征：对制备的 (L) CNFs 进行多方面表征，包括原纤化程度（离心法测定）、阳离子基团含量（元素分析）、聚合度（粘度测量计算）、zeta 电位（电泳光散射）、透光率（分光光度计）、形态（FE - SEM 和 AFM）和木质素含量（按标准测定）。

(L) CNF 薄膜制备与表征机械性能：通过拉伸试验测定拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率。

光学性能：依据 ISO 标准评估透明度，用分光光度计测 UV - Vis 反射光谱并转换为 Kubelka - Munk k/s 比。

气体阻隔性能：按标准测定水蒸气透过率（WVTR）、水蒸气渗透率（WVP）、氧气透过率（OTR）和氧气渗透率（OP）。

抗氧化活性：用 DPPH 自由基清除法测定。

热性能：热重分析测定起始降解温度、最大降解速率温度和残炭率，同时进行 FTIR 光谱分析化学结构。

薄膜制备：(L) CNF 悬浮液稀释后均质，过滤形成 “湿饼”，干燥后从膜上剥离，控制薄膜定量，所有薄膜在特定条件下进行机械、光学、气体阻隔、抗氧化、热和 UV 阻隔性能评估。

图 1 LCNF-Cat 和 CNFCat 在 5000 ×（分别为 a-2 和 a-4）和 20,000 ×（分别为 a-3 和 a-5）下的 FE-SEM 图像

图 2 （L）CNF 薄膜的代表性拉伸应力-应变曲线及其相应的机械性能

图 3 a （L）CNF 薄膜的水蒸气透过率（WVTR）和水蒸气透过率（WVP）;b （L）CNF 薄膜的氧透过率（OTR）和透氧率（OP）

图 4 制备的（L）CNF 薄膜的透明度和照片

图 5 （L）CNF 薄膜的反射率 b 中的紫外-可见光谱

图 6 （L）CNF 薄膜的抗氧化活性

图 7 FTIR 光谱 a 和热重图

-作者介绍-

2020年博士毕业，现就职于一所地方高校，主讲《物理化学》课程。

专注→低成本功能材料开发，包括碳材料，疏水/亲水材料，纤维素提取利用，聚氨酯材料的开发与应用，欢迎合作，资助，交流。

邮箱：xidsuo@126.com

爱折腾、爱学习、有一颗好奇的心，知上进，懂感恩的科学工作者。

愿望是拥有足够的科研经费按自己喜欢的方式折腾！

玩转物理化学

感谢关注！物理化学基本知识点，考研经验分享。分享个人从事的碳材料，疏水/亲水材料，纤维素提取利用，聚氨酯材料的开发与应用等领域知识/进展。

最新文章

纤维素纳米纤维增强的γ-AlOOH气凝胶去除水体污染物

纤维素/纳米铜复合气凝胶用于隔热材料

Advanced Materials | 用于可持续空气捕水和发电的超级吸湿海绵

《Cellulose》冬天不怕冷了！藻酸钙/ 棉籽壳纤维/ 碳纳米管气凝胶加热器有望替代暖气

江南大学：氧化锌 / 纤维素层状冷冻凝胶，在热绝缘领域的应用《Cellulose》

南京工业：光谱可调控柔性纤维素基气凝胶材料的制备方法

同济大学：纤维素纳米纤维 - 层状双氢氧化物复合材料的制备及其在脊椎修复中的应用

完全来自生物质的纳米纤维素 - 聚合物复合材料

纳米纤维素涂在玻璃上，助力室内降温

中科院：加点硼酸钠，向空气借水喝！

固态电池扫描电镜样品的制备方法

天津大学：MXene复合纳米纤维素液晶智能变色材料

纤维素的发现与早期历史

纤维素 | 氧化纤维素、纳米纤维素和它们的分散液

熵和能量的退降

纤维素 | 纳米纤维素和其分散液，日本东亚合成株式会社

纤维素 | 纳米纤维素的生产方法，和从其生产的纳米纤维素组合物

纤维素 | 可溶性纳米纤维素片材可用作洗衣领域、个人护理领域以及农业领域

纤维素 | 高度纳米化木质纳米纤维素的制备方法

通向统一之路——自由能的再推导

纤维素 | 高强高韧再生纤维素膜制备方法

疏水材料 | 光伏组件表面专用高透光超疏水Pickering 乳液喷雾的制备方法

纤维素 | 磁性疏水纤维素纳米复合材料用于油水分离

纤维素 | 用于油水分离的超疏水磁性纤维素海绵

纤维素 | 纳米纤维素制备工艺及其特征

纤维素 | Small：酸酐酯化法制备可调色耐用疏水虹彩纤维素薄膜

疏水材料 | 改性有机硅类超疏水材料的制备方法、超疏水骨料的制备方法和自适应水泥基材料

纤维素 | 加点纳米纤维素，制备低脂肪乳化香肠，为健康助力

纤维素 | 通过残留木质素的存在改善纳米纤维素悬浮液和薄膜的性能

纤维素 | 疏水性纳米纤维素的制备

免费领取彭笑刚主讲 “101计划” 物理化学课程

物理化学 | 一文掌握，二组分液固平衡相图

纤维素 | 赫斯特荧光染料复合纤维素纳米晶：点亮防伪领域的智能变色密码

纤维素 | 具有“分离-富集-检测”一体化气凝胶嵌合水凝胶材料

自然过程的方向性——㶲损失原理

温度概念的提出过程与内涵

纤维素 | 聚乙烯醇-纳米纤维素晶体复合水凝胶界面蒸发器及其制备方法和应用

纤维素 | 玉米秸秆制备纳米纤维素

纤维素 | 加点纤维素，泡沫会变得更稳定

状态函数和过程量的本质

解锁物质状态之谜：固体、液体与气体的科学原理简述

表面活性剂的概念、分类、评价方法及其应用

电解质对溶胶的聚沉作用

表面过剩现象产生原因及其相关练习题

认识物质变化之窗——广义热力学方程组

物理化学 | 一文掌握，二组分液固平衡相图

表面张力及其影响因素

物理化学 | 22道考研电化学部分必背简答题（汇总）

简答题 | 可逆电动势及其应用涉及经典简答题

简答题 | 电解质溶液典型题目

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉