预处理木质纤维素纳米纤丝的制备与表征文献综述

 2022-07-27 16:06:12

2 文献综述

2.1 概述

2.1.1 中国稻麦草现状

草类纤维是很宝贵的造纸原料。非木材原料的纤维形态和结构,与木材完全不同。但是,现在对非木材纤维原料的化学法制浆工艺,大多数采用木材制浆的工艺路线,存在着制浆污染并难以治理的问题。要“合理利用非木浆”,就必须解决草类纤维原料制浆的污染和提高纸浆质量的问题。

中国的禾草类纤维原料制浆历史悠久,是世界非木材纤维造纸产量最多、经验最丰富的国家。禾草类制浆造纸在中国造纸发展史上发挥了极其重要的作用,曾经一度达到纸浆产量的85%以上,构成了具有中国特色的传统造纸工业。禾草类制浆造纸的问题和矛盾主要表现在:由于原料收集方式落后,其收集经济半径和运输的限制,草浆厂的规模一般都比较小,因而其技术落后,设备简陋,原材料、能源消耗高,劳动生产率低,产品质量差,市场竞争能力低;其二是环境污染严重,由于草类原料的特性不同,木浆行之有效的碱回收系统,对草类制浆(特别是规模较小的企业)则效率低下,难度较大,适合于中小型草浆厂制浆废液回收治理的技术和装备还不成熟可靠,且由于碱回收投资较大,许多中小企业难以承受。而禾草类纤维制浆黒液的资源化技术也没完全过关,有些研究成果技术经济可行,但市场开发还需有一个过程[1]

2.1.2 纳米纤维素应用

由于纳米微晶纤维素不但具有来源广、无毒、水不溶、可生物降解等纤维素的优点,还具有纳米颗粒的特性,如高比表面积、高反应活性、小尺寸效应和量子隧道效应等,同时还具有高杨氏模量、高拉伸强度和高结晶度,因此纳米微晶纤维素在增强复合材料、催化剂载体、过滤分离、药物载体等领域应用前景非常广阔[2]

  1. 增强复合材料

Favier等人的研究表明,纳米纤维素晶须的拉伸强度能达到7500MPa,杨氏模量最高也能达到140GPa,比表面积为150-250 m2/g,这些优越的性能使其成为目前可以利用的最佳天然材料;同时,纳米纤维素纤维具有很大的长径比,这让其能成为复合材料的增强剂提供了理论基础;并且与其他纳米材料(如碳纳米管)相比,纳米纤维素纤维又具有可生物降解、可再生和高的反应活性等优点,这些优异的性能使其成为增强复合材料的研究热点[3]

1995年,Favier等人发现纳米纤维素纤维可以增强橡胶的力学性能,此后,科研工作者们一直致力于研究其增强机理。针对纳米微晶纤维素非同寻常的增强效果,其增强机理主要有三个原因:(1)纳米微晶纤维素与基体之间有相互作用力,使得应力得以传递;(2)纳米微晶纤维素分子间有强烈的氢键作用,从而形成了刚性网络结构;(3)逾渗效应[4]

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