醋酸预水解制备竹子溶解浆及其应用研究

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溶解浆是一种高纯度的精制浆,可以用来生产粘胶纤维和各种纤维素衍生产品。随着纺织行业的高速发展,传统生产溶解浆的原料—木材和棉短绒已经不能满足生产原料的供应。竹子,类似于阔叶木的非木材,是一种分布广泛、生长周期短的速生纤维原料,可用于生产溶解浆。在工业生产中,尽管从原料制备溶解浆已经工业化,但是溶解浆的最终得率通常保持在30%左右,极少超过35%。因此以竹子为原料,对其溶解浆制备工艺进行研究和优化,对竹资源的高效利用和提高制浆企业的生产效益有着重要意义。本文采用醋酸预水解-硫酸盐法制备竹子溶解浆。在醋酸预水解反应中,竹片预水解的得率随着水解温度的升高而不断降低,预水解温度超过160oC后,预水解反应变得剧烈,得率下降速率变快。在温度低于160oC,醋酸添加量低于2.5%时,同一反应温度下,醋酸用量对水解得率影响不大;相对于预水解温度而言,预水解时间对预水解的得率影响较小。竹片预水解液中单糖的种类主要为木糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖五种。随着反应的进行,戊糖和己糖会进一步脱水生成糠醛和羟甲基糠醛。在模拟预水解的反应中,葡萄糖和木糖的表观活化能分别为99.89 kjmol-1和99.68 kjmol-1。将预水解后的竹片进行硫酸盐蒸煮,探讨了预水解温度、保温时间等因素对浆料得率及其性能指标的影响,研究发现,预水解阶段温度的升高会导致蒸煮后浆料得率和卡伯值的降低。保温时间在30min-90min内,浆的得率和卡伯值逐渐下降,120min时,两者的值均有轻微回升。氧脱木素、冷碱抽提和D0-(EP)-D1漂白能选择性的脱除木素和半纤维素,改善浆料性能,最终制得的溶解浆白度超过了90%ISO,α-纤维素含量为93.26%,聚戊糖含量为5.23%,灰分为0.17%,特性粘度为959m L/g,已初步符合黏胶竹浆的要求,并且产品的最终得率为37%,高于其它以竹子为原料制备溶解浆的研究结果。进一步将未漂硫酸盐浆和溶解浆用于制备纳米纤维素及其膜。采用TEMPO/Na Cl O/Na Br氧化体系,将未漂硫酸盐浆和溶解浆氧化,发现纤维质均长度有所降低,细小纤维含量变大;并且与原浆相比,氧化浆的纤维卷曲和扭结指数明显下降。两种浆种经同一氧化体系氧化后,浆中的羧基含量有着较大区别。未漂解硫酸盐浆TEMPO氧化后其羧基含量为0.83mmol/g绝干浆,而溶解浆经氧化后其羧基含量为0.88mmol/g绝干浆。研究还发现,同一浆料的TEMPO氧化/均质后制备的纳米纤维(TOCNs)膜,其透明度、密度、杨氏模量和拉伸强度均显著高于相应的TEMPO氧化浆(TOP)膜。不同浆料间做比较,以上指标均是溶解浆制得的膜要优于未漂硫酸盐浆所成的膜。采用溶解浆制得的TOCNs膜,其杨氏模量和拉伸强度分别为5.8±0.3GPa和61±3MPa,透明度超过了90%。
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