二次纤维聚集态结构的研究进展

为了研究二次纤维的角质化机理并提出抑制方法,实现二次纤维的高效绿色循环利用,综述了基于共结晶角质化机理的纤维素聚集态结构的研究现状和进展,介绍了纤维素聚集态结构模型和氢键链接方式,着重介绍了目前纤维素聚集态结构研究和氢键研究的进展,综述了目前纤维素聚集态研究手段的多样化:计算机分子模拟、广角X衍射衍射(XRD)、交叉极化/魔角旋转固体核磁共振13C(CP/MAS13C NMR),同步辐射XRD衍射、中子衍射和傅里叶红外(FT-IR)。研究内容从对天然纤维素的基本建模深入到分子链水平的原子链接、氢键模式的研究,研究手段经历了从使用单一仪器发展到多种仪器手段辅助表征的过程。纤维素聚集态结构的研究将是二次纤维角质化机理研究以及纤维素化学研究的重要课题。     

回用过程对二次纤维聚集态结构和成纸性能的影响

采用XRD、FT-IR以及NMR研究了桉木纤维经多次回用后聚集态结构的变化规律,进一步研究了聚集态结构改变对成纸性能的影响。结果表明:随着回用次数的增加,纤维素的结晶度增大,002面微晶尺寸随着回用次数的增加而增加,红外结晶指数增大并且和结晶度有很好的一致性;而NMR研究计算得到的结晶度明显小于XRD计算得到的结晶度,可能对于13CNMR,只有晶区内的部分才看做结晶区;回用后抗张指数和耐破指数减少,经过5次回用后抗张指数和耐破指数分别下降了61.61%、10.57%,撕裂指数先增大后减小,5次回用后,下降了33.07%。由于回用导致纤维聚集态结构中的晶区和非晶区的比例发生了变化,这种聚集态结构的变化最终导致了成纸性能的衰变。     

综纤维素氢键模式的研究

用广角X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)的高斯函数分峰拟合法研究了桉木浆综纤维素稀酸水解去除无定形区过程中晶型和氢键模式的变化。研究结果表明,稀酸水解前后,纤维素的结晶度和晶面尺寸增大,桉木浆综纤维素、盐酸水解桉木浆综纤维素和硫酸水解桉木浆综纤维素中分子间氢键的相对含量分别为48.15%、77.07%、55.22%,证实纤维素链间主要靠分子间氢键结合,稳定纤维素链;分子内氢键处于辅助地位。稀盐酸水解纤维素无定形区前后,分子内氢键的强度分别从10.05%下降到4.19%,41.78%下降到18.74%,分子间氢键的强度则从48.15%上升到77.07%。稀硫酸水解纤维素无定形区前后,分子内氢键强度分别从10.05%下降到7.63%,41.78%下降到37.15%,分子间氢键强度则从48.15%上升到55.22%。稀酸水解前后,纤维素的晶型不变,只是发生氢键类型的相互转化。