本科毕业设计(论文) 题 目: 酸解纳米纤维素及其在造纸中的运用 姓 名: 彭 朗 学 院: 轻工科学与工程学院 专 业: 制浆造纸装备与控制 班 级: 1015022 学 号: 101502214 指导教师: 程金兰 职称: 副教授

二○一四年五月八日 酸解纳米纤维素及其在造纸中的运用 摘 要 论文综述了采用硫酸水解法制备纳米纤维素（NCC）。纳米纤维素(NCC)由于其大量、可再生、可生物降解以及优良的力学性能，成为纳米技术领域研究新热点。 本研究采用以漂白阔叶木为原料，用硫酸水解法制得纳米纤维素，通过纳米激光粒度仪、颗粒电荷测定仪（PCD）、紫外可见分光光度计等分析手段，对其形态和光学特征进行了表征，并研究了不同反应条件下对纳米纤维素的得率的影响。得出以下结论： 1.用62wt%的硫酸制备的纳米纤维素的得率最高，在23.44%-24.8%之间。 2.通过测定PCD，可以发现在不同的反应条件下，纳米纤维素中所带电荷量有所不同，其中在用62wt%硫酸制备的纳米纤维素中的电荷含量变化不大，并且比其他条件下制备的纳米纤维素所带电荷量略高。 将反应制备的纳米纤维素应用于造纸化学湿部，可以得出以下结论： 1.纳米纤维素的加入提高纸张的白度；添加阳离子淀粉可以明显提高纸张的撕裂度，单独添加纳米纤维素也可以提高对纸张的撕裂度，和阳离子淀粉复配使用时可以提高更显著。 2.单独添加纳米纤维素对纸张耐折度影响不明显，但和阳离子淀粉复配使用时可以显著提高纸张耐折度。 3.添加阳离子淀粉可以明显提高纸张的抗张强度，单独添加纳米纤维素对纸张抗张强度影响不明显，但和阳离子淀粉复配使用时可以提高纸张抗张强度。

关键词：纳米纤维素；得率；纸性 Nano-acid hydrolysis of cellulose and its use in papermaking ABSTRACT Reviewed papers prepared by sulfuric acid hydrolysis of cellulose nano (NCC). Nano-cellulose (NCC) due to their large number, renewable, biodegradable and excellent mechanical properties and become a new hot research field of nanotechnology. In this study, bleached hardwood as raw materials, nano sulfuric acid hydrolysis of cellulose by Zetasizer Nano particle charge analyzer (PCD), UV-visible spectrophotometer and other analytical tools, its morphology and optical characteristics of the characterization, and the effects of different reaction conditions on the yield of nano-cellulose. The following conclusions. 1.With 62wt% sulfuric acid was prepared by nano-cellulose highest rate between 23.44% -24.8%. 2.By measuring the PCD, can be found under different reaction conditions, the amount of nano-cellulose in different electric charge, wherein the charge changes with the content of nano-cellulose 62wt% of the sulfuric acid is not produced and prepared under other conditions than nano-cellulose electric charge amount is slightly higher. Prepared by the reaction of the nano-cellulose used in papermaking wet-end chemistry, we can draw the following conclusions: 1.Nano-cellulose added to improve the whiteness of the paper;Add a cationic starch can significantly improve the tearing of the paper, cellulose nano alone can improve the paper tearing, and cationic starch when mixed use can improve more pronounced. 2.ndividual nano-cellulose paper folding is not obvious, but the use of complex and cationic starch can significantly improve paper folding. 3.Add a cationic starch can significantly improve the tensile strength of the paper, separate paper cellulose nano tensile strength is not obvious, but the use of complex and cationic starch can improve the tensile strength of paper.

Keywords: nano-cellulose; yield; paper property 目 录 绪论 …………………………………………………………………………………………1 1 酸水解纳米纤维素 …………………………………………………………………………3 1.1 实验原料与方法 ………………………………………………………………3 1.1.1 实验原料和仪器 …………………………………………………………3 1.2 酸水解制备纳米纤维素 ………………………………………………………3 1.2.1 备料………………………………………………………………………3 1.2.2 制备纳米纤维素 ……… ………………………………………………3 1.2.3 纳米纤维素含量的测定 ……………………………………………6 1.2.4 纳米纤维素得率的测定 ………………………………………………7 1.2.5 电荷测定、纳米激光粒度分布检测和紫外可见光分光光度分析 ……7 2 研究纳米纤维素在造纸中的运用 ……………………………………………………………20 2.1 抄纸中加入纳米纤维素 ………………………………………………………20 2.1.1 实验原料与仪器 ………………………………………………………20 2.2 抄纸………………………………………………………………………………20 2.2.1备料 ……………………………………………………………………20 2.2.2 测纸性 …………………………………………………………………23

结论

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致谢

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参考文献

…………………………………………………………………………………32 南京林业大学本科生毕业设计（论文）

- 1 - 绪 论

当今煤、石油和天然气等不可再生资源日益枯竭，开发利用可再生资源成为必然趋势[1]。天然纤维是一种由自身复合而成的材料，它不仅具有生物可降解性和可再生性，而且是自然界中分布最广的生物高分子。它存在于各种各样的生物中，例如植物、动物以及一些细菌等。充分发掘天然纤维的潜在性能、开发以天然纤维素为原料的新型产品将是21世纪可持续发展化学工程研究领域的重要课题之一[5]。最近十几年，国际上开始系统地研究纳米纤维素（NCC），已经在制备、表面修

饰、表征、复合材料和功能特性等方面进行了许多尝试性的研究，有些成果已经商品化。如 Nakatsubo [6]等人将纳米纤维素应用于化妆纸膜。由微/纳纤丝增强的可生物降解的纳米塑料复合材料，具备高强度和高弹性模量，且对环境友好，被视为下一代新型绿色材料。 制备NCC有很多种方法，截至目前，研究人员运用最多的是酸解法制备纳米纤维素，酸水解可将纤维素的无定形区除去，在减小了微晶纤维素尺寸的同时，制备出具有高结晶度的纤维素[8]。通过化学水解法制备NCC，可以在制备的同时对纤维素进行表面改性。同时，通过改变水解浓度、水解温度、水解时间等条件对NCC的尺寸大小和结晶度等指标进行可控的制备[2]。1947年，Nickerson和Habrle[8]以木材为原料，采用盐酸和硫酸混合酸水解的方法，制备出纳米纤维素的悬浮液。1952年，Ranby通过酸水解的方法制备了稳定的纤维素胶体悬浮液。后来 Araki 等通过酸水解木材制备出长度为100—300nm，横截面直径为3—5nm纤维素悬浮液。 最近，BeckCandanedo等通过硫酸水解天然木材纤维制备出稳定的NCC悬浮液；研究了反应时间和酸浆比对黑云杉硫酸盐化学浆水解后悬浮液性质的影响。当制备的水解条件相似时，由漂白硫酸盐桉木浆制备的NCC 显现出与针叶浆非常相似的性质[9]。还有 Qua E. H.[5]等人使用球磨，酸水解和超声相结合的方法从亚麻纤维和微晶纤维素获得高产的纳米纤维素。 研究NCC时[10]，一般不直接把NCC运用于生产中，研究人员还要相应的对其进行改性，因为：通常情况下，纳米纤维素的表面含有丰富羟基，具有亲水性的特点，更易和水溶性的聚合物基体复合制备纳米材料，而与有机溶剂的相容性不好。此外，纳米纤维素极易团聚，团聚后很难用物理方法使其再分散，影响其应用范围。改性的目的是在纳米纤维素表面引入稳定基团以得到更好的分散效果，调整纳米纤维素的表面能可以改变相容性，特别是改善与非极性或疏水性聚合物