基于玉米秸秆的纸复合纤维素晶胶制备功能保水地膜的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanxoceco2003
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地膜覆盖技术是现代农业耕作的重要手段,具有保温保湿,促进生长,提高产量的作用。塑料作为广泛使用的地膜材料,存在不可降解的特性,长期使用会导致严重的环境和土壤污染。因此,可降解地膜成为解决塑料覆盖污染这一问题重要的研究方向。我国玉米种植范围广泛,每年会产生大量的秸秆,但是这些秸秆都没有得到充分的利用,究其原因是玉米秸秆穰主要由薄壁细胞和短纤维组成。薄壁细胞物理强度差使其不适合应用于制浆造纸等纤维制造行业,因此薄壁细胞通常被废弃。本实验利用烧碱-助剂(AQ或Na2S)法将玉米秸秆皮部蒸煮制备纸基地膜,秸穰提取纤维素溶解于DMAc/Li Cl中再生制备晶胶,两者复合制备具有保水功能的环境友好型纸基地膜。为农业废弃物的高价值利用提供了新的途径,结果如下:(1)在NaOH和AQ用量分别为20%和0.05%,蒸煮温度150℃,升温时间90 min,保温时间150 min条件下得到的玉米秸皮本色浆各项指标较优,黑液残碱6.35 g/L,p H 12.76,浆料卡伯值7.64,无浆渣,浆得率43.5%,用于纸基地膜的后续制备。浆料经打浆、成纸、表面双层涂布得到地膜用纸。实验结果发现,纸基地膜的耐折度、耐破度、抗张强度和撕裂度随着阳离子淀粉、聚乙烯醇(PVA)和打浆度的上升先增加后减少。通过单因素和响应曲面优化得到最佳条件:聚酰胺环氧氯丙烷树脂(PAE)作为湿强剂添加量为20 mg/g,阳离子淀粉涂布量10.5g/m2,PVA涂布量9.0 g/m2,打浆度39.2°SR。(2)玉米秸穰经粉碎、酸性亚氯酸钠法脱木素及碱抽提去除半纤维素,得到穰部纤维素。在DMAc/Li Cl溶剂中溶解纤维素,并加入有机酸使纤维素充分衍生化,通过水相再生制备得到有较好吸水性能的晶胶。研究发现酒石酸的加入对晶胶吸水性有积极作用,有机酸的用量、反应温度和反应时间的提高使晶胶吸水性呈现先增后减的趋势。通过单因素实验和响应曲面优化得到最佳条件为:酒石酸用量24.3%,反应温度105℃,反应时间60 min。(3)通过氯化锌部分溶解纤维素/再生的方式,将地膜纸和改性晶胶进行复合。对比研究发现:晶胶的厚度越大,复合物保水能力提升,抗张强度增加,而透水蒸汽、透氧气性能以及延展性逐渐降低。推测原因为晶胶厚度增加,其所构成的带有亲水性官能团的改性再生纤维素的量也就越高,粘合过程中晶胶一侧表层的富孔道结构会被破坏,与纸基形成致密的粘合层。为发挥复合材料良好的保水性能,复合的晶胶应具有一定的厚度。
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