纤维素在原位复合法制备磁性纳米复合材料中的应用

纤维素在原位复合法制备磁性纳米复合材料中的应用

1孔径分布的高分子材料纤维本身是一种多孔结构和一定粒径分布的高科技材料。该研究院已将这一领域的微孔划分应用于许多研究领域。22.1纸媒公司的中小型设备加拿大云杉浆;巴西桉木浆;滤纸,杭州富阳特种纸业有限公司;微晶纤维素MCC,上海恒信化学试剂有限公司;纤维素微粉CPF,200目(自制);纤维素微粉2C,60目(自制)。2.2醋酸、氯化钠、醇盐酸、硝酸银,醋酸钙、氢氧化纳、醋酸、氯化钠、均为分析纯;直接湖蓝,工业级,醇化后使用;甲酚红,百里酚蓝混合指示剂,去离子水。2.3紫外分光光度法w保障法实验原理:用醋酸钙法测定。纤维中羧基能与醋酸钙发生置换反应:R-(COOH)+(CH生成的游离羧酸,可用氢氧化钠标准溶液滴定。实验方法:5g试样(绝干)用0.5%HCl浸泡(浴比25∶1)40min,再用去离子水洗涤到无Cl离子(用0.1mol/L的硝酸溶液检验),晾干,干燥,并在干燥器中保存。准确称取试样1g(精确到0.001g)两份(平行试验),用新鲜配制的0.1mol/L醋酸钙溶液50mL浸渍于250mL碘量瓶中。放置12-17h,并经常摇动。吸取10mL试液于250mL锥形瓶中,以甲酚红及百里酚蓝为混合指示剂(5-6滴),用0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定,至溶液色泽由黄色转到紫玫瑰色,记下NaOH溶液的起始值。平行做两个空白试验。量取10mL空白试验的醋酸钙溶液,再用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液按上述方法滴定,读取耗用的氢氧化钠标准溶液毫升数V计算含量:羧基含量(mol/g)=2×(V-VV:试样消耗NaOH体积mL;VW:试样质量g;c:NaOH浓度mol/L2.4仪器、仪器和仪器实验仪器:ASAP2010M氮气吸附仪,美国麦克仪器公司(MicromeriticsInstrumentCorporation)。实验原理2.5样品的丝光化预处理准确称量20g云杉纤维(绝干),加入NaOH溶液中,在设定条件下进行丝光化处理。处理后样品用去离子水反复冲洗,用10%的醋酸溶液中和,再用去离子水洗至中性。抽滤后用密封袋存于冰箱中,留做复合及分析用。分析项目:保水值(WRV),染料吸附测定表面积。2.6纤维原料的超声波处理实验仪器:宁波新芝生物科技有限公司产超声波细胞粉碎仪,型号JY92-Ⅱ,变幅杆直径6mm。实验方法:准确称取0.7g云杉纤维(绝干),加入70mL去离子水,配成浆料悬浮液,在设定条件下进行超声波处理。超声波处理采用间歇操作,工作30s,间歇35s,并用冰水浴冷却,防止超声波发生器过热。处理后样品用去离子水反复冲洗,抽滤后用密封袋存于冰箱中,留作复合及分析用。2.7纤维原料的提取实验仪器:LG10-2.4型离心机,北京医用离心机厂。实验方法:称取相当于0.25g绝干浆的纤维原料,装于不锈钢滤网中,于25℃下吸水30min。然后取出装有样品的滤网,用离心机于3000g离心力下离心15min,称湿重WWRV=100(W2.8根据染料吸附法测定原料的表面实验仪器:玻璃恒温水浴锅,751G分光光度计上海分析仪器厂实验方法:采用染料标记法33.1原料羧基含量分析本文采用醋酸钙法对不同原料纤维的羧基含量进行了测定,结果见表1。表1显示,六种纤维素纤维原料的羧基含量不尽相同,纤维素微粉CPF羧基含量最大,纤维素微粉2C羧基含量最小,前者羧基含量约为后者的6倍。此外,加拿大云杉和巴西桉木浆的羧基含量也较高。由于羧基在水溶液中呈电负性,有利于复合反应初期纤维对Fe3.2原料配比和原料种类对原料粒径和羧基含量的影响采用N表2显示,不同原料的比表面积和平均孔径都不相同,纤维素微粉CPF的比表面积最大,而纤维素微粉2C则最小。大的比表面积有利于纤维素纤维对微粒的吸附与定着,这无论对亚铁离子的吸附还是对复合反应的结果都是有利的。从孔径上看,平均孔径最大的是纤维素微粉CPF,其平均孔径为41.72×10综上所述,不同原料纤维的比表面积、孔径尺寸和羧基含量均不相同,但是部分原料差异不大。从保水值测定结果来看,云杉纤维的保水值最大。由于要同时考虑到铁氧体微粒的形态、尺寸和各种纤维的抄造性能、纸张强度等因素,云杉纤维的保水值最大,表明其对化学试剂如铁离子溶液的吸收能力强;孔径最小,有利于控制磁性粒子的粒径在较小的范畴;羧基含量较高,也有利于其对铁离子的吸附。因此就上述结果来说,选用云杉纤维作为制备磁性纳米复合纤维素纤维及磁性纸的原料比较好,但需要通过下一步的复合实验来验证。3.3丝光化预处理纤维原料的性质纤维与碱液相互作用的过程称之为丝光化。纤维经丝光化处理后将发生不同程度的物理和化学变化,纸浆纤维在碱液的作用下,纤维得到充分润胀,碱液扩散至纤维细胞壁内部,使纤维素结晶区间的半纤维素、树脂、色素等都能较好地溶解而除去。经丝光化处理后的纤维变得光滑、圆润、扭曲,同时纤维的表面积、保水值和化学试剂对纤维的可及度都有明显提高。纤维素的可及度即反应试剂抵达纤维素羟基的难易程度,是纤维素化学反应的一个重要因素。它表示纤维素中无定形区的全部和结晶区的表面部分占纤维素总体的百分数。纤维素的可及度可采用化学方法、物理化学和物理方法进行测定,其中,用离心法测定保水值(WRV)是一个简单易行的方法。对纤维素的化学反应来说,保水值依赖于纤维素材料的聚集态结构、微孔大小及其分布,可以反映内部试剂可及的程度及纤维细纤维化的程度。纤维的保水值越大,它对化学溶液的吸收能力越强。而纤维的表面积越大,它对微小粒子的吸附能力就越强。表3显示,经过丝光化预处理的纤维,除SA1外,保水值比未经丝光化处理的空白试样要高。在一定时间范围内,丝光化处理的时间越长,纤维的保水值越大。在30min到120min的时间间隔内,纤维的保水值随处理时间的延长基本上呈直线上升,最后在120min处达到最大值(见图1)。由于丝光化是一个缓慢的过程,涉及到NaOH与纤维素的一系列复杂反应,随着反应的进行,纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ的转变,同时伴随着纤维形态与结构的变化采用不同浓度的碱溶液对纤维试样进行处理后,相应的保水值和表面积变化规律见表4。表4显示,随着碱浓度的增大,纤维的保水值和表面积的变化都是先升后降,在碱浓度为5.1mol/L时达到最大值,并且此时的保水值和表面积与碱浓为2.5mol/L时的数值相比,有明显的增大。说明高的碱浓度对提高纤维的表面积和保水值有利,但碱浓过大也会导致纤维结构被严重破坏,保水值和表面积下降。3.4延长时间对纤网数据的破碎固定超声波功率,研究不同的超声波处理时间对云杉纤维保水值的影响,结果见表5。云杉纤维的保水值随着超时波处理时间的延长而增加,并在1440s处达到最大值。这说明充延长处理时间,有利于声空化作用对纤维细胞壁的破除和纤维的细纤维化。固定超声波处理处理时间,研究超声波功率对云杉纤维保水值的影响,结果见图2。研究显示云杉纤维的保水值随着超声波处理功率的提高而增加,并在功率为700W时达最大值。纤维素纤维在有润胀剂水的存在条件下,在超声波物理场作用下发生细胞壁破除、细纤维化、微孔结构打开等一系列的形态结构变化。随着超声功率的增大,声强度提高,水的这种润胀剂作用也随之得到进一步加强,大大提高水对纤维素纤维的润胀能力。4复合纤维素纤维原料的确定本文通过纤维的保水值测定、染料吸附法和氮气吸附等方法对纤维素纤维的多孔性及可及表面积进行了表征,并采用丝光化和超声波处理等预处理方法对云杉纤维进行活化处理,测定了处理后纤维保水值变化,考察了处理时间、碱浓度、超声波功率等因素对纤维素可及度的影响。研究结果表明:(1)不同原料纤维的比表面积、孔径尺寸和羧基含量均不相同,云杉纤维的保水值最大,孔径最小,羧基含量较高,因此选用云杉纤维作为制备磁性纳米复合纤维素纤维及磁性纸的原料较好,但确切的结论需要通过下一步的复合实验来验证。(2)丝光化和超声波处理均能提高纤维素纤维的保水值和可及表面积,对复合反应有利。丝光化处理能较大地提高纤维的保水值;而超声波处理方法简单,对纤维保水值和表面积的提高也有明显作用,并且不会改变纤维素纤维的化学性质。(3)在本实验范围内,当碱浓度为2.5mol/L时,纤维的保水值随着处理时间的延长而增大,在120min时达到最大值;而随着时间的延长,纤维表面积变化不大。在处理时间都为