酸解法制备纳米纤维素及其在造纸中的运用

1、酸解法制备纳米纤维素及其在造纸中的运用本科毕业设计（论文）题 目:酸解纳米纤维素及其在造纸中的运用姓名:专业:1015022学院:制浆造纸装备与控制学号:轻工科学与工程学院班级:101502214指导教师：程金兰 职称：副教授二o四年五月八日酸解纳米纤维素及其在造纸屮的运用摘 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

2、，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

3、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 abstractreviewed papers prepared by sulfuric acid hydrolysis of cellulose nano (ncc). nano-cellulose (ncc) due to their large number, renewable, biodegradable and

4、excellent mechanical properties and become a new hot research field of nano technology.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 morpholo

5、gy and optical characteristics of the characterization, and the effects of different reaction conditions on the yield of nano-cellulose the following conclusions.l. 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

6、different reaction conditions, the amount of nano-cellulose in different electric charge, wherein the charge cha nges with the con tent 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.prepa

7、red 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 te

8、aring, 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 cati onic starch can sign ifica ntly improve the ten sile st re ngth of the pape

9、r, 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11酸水解纳米纤维1.1 实验原料与方法 31.1.1实验原料和仪器31.2 酸水解制备纳米纤维素 31.2.1 备料31.2.2制备纳米纤维素31.2.3纳米纤维素含量的测定 61.2.4纳米纤维素

10、得率的测定 71.2.5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72研究纳米纤维素在造纸中的运用202.1抄纸中加入纳米纤维素202.1.1实验原料与仪202.2抄纸 20221备料 202.2.2测纟氏性 23结论 29致谢 31参考文献 32南京林业大学本科生毕业设计（论文）绪论当今煤、石油和天然气等不可再生资源fi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，而且是自然界屮分布最广的生物高分子。它存 在于各种各样的牛物中，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

11、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一5o最近十几年，国际上开始系统地研究纳米纤维素(ncc),己经在 制备、表曲修饰、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6商品化。如nakatsubo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

12、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habrle8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100300nm,横截面直径为35nm纤维素悬浮液。最近， beckcandanedo等通过硫酸水解天然木材纤维制备岀稳定的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

13、白硫酸盐桜木浆制备的ncc显现出 与针叶浆非常相似的性质9。还有qua e. h.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轻基， 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

14、-1-南京林业大学本科生毕业设计（论文）基体的相容性。添加表面活性剂是一种简单的、非共价键结合的表面 改性方法，但却不能持久；化学改性方法有酯化、醯化、氧化、甲级硅 烷化以及聚合物接枝等。磺化、竣化及接枝反应可以在纳米纤维素表面生 成离子基团，乙酰化处理可以使纳米纤维素生成疏水性表團，硅烷化处理 可在纳米纤维素表面引入功能基团。经过改性的纳米纤维素在生产中有着极其广泛的运用11：医学应 用一纳米纤维素的特殊结构和优良性质己经使它在近年来开始应用于生 物医学的研究。其中细菌纤维素由于其天然的纳米网状结构和抗菌特性, 在这个领域尤英受宠。研究发现，纳米纤维素在活体中还未发现有任何排 异反应和炎症发

15、生，这种优越的生物适应性引起了人们的广泛兴趣。纳米 纤维素在伤口抗菌敷料、人工移植物以及防紫外线化妆品领域都有涉及。 牛物应用一由于纳米纤维素是一种纯天然的牛物材料，它在牛物方面的材料的生物模板，和无机材料复合制备生物活性的组织学支架，磁性药物 载体，甚至工业净化等等，几乎所有纳米纤维素所应用的领域都涉及到了 英生物特性。增强剂一过去的几十年，已经有越来越多的人将纳米纤维 素作为聚合物基底的增强剂。由于纳米纤维素的纳米尺度网状结构，使它 拥有优越的机械性能，不仅在组织工程学支架方面得到重视，在作为增强 光学透明性材料或者热塑性塑料的增强中也得到了很好的应用，并但纳米 纤维素不会较大的影响到原来

16、材料的其它特性。同时它的可生物分解性质, 这让它越来越受到重视。高性能增强复合及薄膜材料一ncc作为增强填 料已被用于包括聚乙烯、聚己内酯、甘油塑化淀粉、苯乙烯、乙酰丁酸纤 维素和环氧树脂等许多聚合物体系屮。光学材料一许多研究者致力于制 备强而透明的具有光学性能的复合材料。模板剂材料一将具有高长宽比 和窄粒径分布ncc作为模板剂制备出分布统一的孔结构陶瓷材料。除了 以上这些研究，还有人试图用纳米纤维素增强形状记忆高分子，并改善其 形状记忆性质。由此我们可以看到，ncc作为一种新型的生物材料，由于其特殊的纳 米尺寸结构、力学性能和光学性能将成为未来纤维素研究的前沿和热点。 ncc在制备过程中的团

17、聚作用仍是目前研究的难点，纳米颗粒的团聚造成 具有纳米颗粒的尺寸效应难以发挥。目前ncc的制备方法中存在许多局限, 有的成本高、价格昂贵，有的耗时长、制备复杂，都将制约着ncc进一步 的发展。如何通过优化制备方法，制备出生产成本低、高效快速、绿色的 ncc是亟待解决的问题14。然而，制备尺寸，形态和电荷分布均一的方法仍存在着巨大的挑战。2南京林业大学本科生毕业设计(论文)1酸水解制备纳米纤维素1.1 实验原料与方法1.1.1实验原料和仪器漂白阔叶木浆板(含水率为10%)；98wt%硫酸，分析纯;水浴锅(hh-2)； 离心机(avanti j-26s xp)；透析膜(membra-cel md4

18、4 14x100clr)； ph 计(63003162 ph400)；超声波清洗机(rs-720d);搅拌器(jj-1)o1.2 酸水解制备纳米纤维素1.2.1备料把漂白阔叶木浆料，撕成小块，放入桶中加入5.4l水浸泡过夜，打浆 机(zqs2-23)打浆30分钟，总打浆水为44l,打浆后的浆料拧干后装入 托盘，分散均匀放入50°c烘箱中干燥，装密封袋放冰箱备用。浓硫酸(98%),分析纯。1.2.2制备纳米纤维素酸浓、反应温度、水解时间、固液比是纳米纤维素制备的主要参数。 我们这次实验采用的酸浓、反应温度和水解时间为55wt%-50°c-120min. 62wt%-50

19、76;c-70min> 62wt%-40°c-70min> 62wt%-40°c-120min> 62wt%-50°c -120min和64wt%-50°c-70min这六种组合，采用这六组组合主耍是在总结 前人的基础上和在实验的过程中不断加入的对比组而形成的。绝干浆料与 硫酸的固液比为8,即1克绝干浆料与8ml的硫酸反应。水解在三口烧瓶（圆底斜支口）中进行，水浴控制反应温度，机械搅拌速度在200r/min,实验开始前先测浆料的含水率和配置浓硫酸。测浆料的含水率具体步骤为：%1 找6个扁形称量瓶，洗净并编号，放入110°c烘箱

20、中；%1 干燥一小时后，取出放在干燥器屮干燥半小时；%1 半小时后取出，称量每个称量瓶的重量并记录下来；%1 称量后在每个称量瓶中加入一定的浆料，乂称量总重，记录下来;%1 放入110°c烘箱中，烘八小时以上，八小时之后取出放入干燥器中 冷却半小时；南京林业大学本科牛毕业设计（论文）%1 半小时后取出，称量个称量瓶的重量，记录下来；%1 计算每组浆料的含水率，求平均值。表1.1浆料水分含量本次试验我们选取的反应酸的体积为looml,所以绝干浆料重量为12.5g,反应加入的浆料重量为13.16go配置浓硫酸的步骤为：%1 计算。用98wt%浓硫酸配置64wt%、62wt%和55wt%硫

21、酸；假设加 入100ml98wt%的硫酸，计算需加多少质量的水，水的密度按lg/ml计算， 500ml98wt%硫酸重920g （见瓶标签）；%1 配置。先把量好的水倒入烧杯中，然后将硫酸用玻璃棒引流，沿着开始反应制备纳米纤维素，具体步骤：%1 把水浴锅温度调到反应温度下，待水温升到反应温度；%1 用天平量岀13.16g浆料，装入三口烧瓶中，组装好实验仪器；%1 开启搅拌机，缓慢加入硫酸，盖好开口，调好时间；%1 反应结束时，在水解混合物中加入10倍体积的去离子水，连续搅拌lomin,终止水解反应。%1 将水解混合液转入试剂瓶中备用。六个样品在反应时的现象各不同，其中64wt%-50°

22、;c-70min和62wt%-50°c-120min这两组组合反应后的混合液很黑，并口 64wt%-50°c -70min组合是硫酸一加进去浆料就变黑了，而62wt%-50°c-120min加进硫 酸后是先变绿色，再慢慢变为黑色。62wt%-40°c-120min组合颜色也比较 深，但颜色相对前两组较浅，其余各-4-南京林业大学本科生毕业设计（论文）组合相对较白，其中最白的是62wt%-40°c-70min组合，可能原因是 反应不彻底，所以62wt%-40°c-120min组合就是62wt%-40°c-70min组合的对照组

23、。初步制备的纳米纤维素还不可以使用，因为混合物中存在未反应的硫 酸。将水解混合液在loooorpm下离心离心后透析，透析后再离心，具体步 骤如下：%1 平衡。离心瓶六个洗净，在各离心瓶中加入适量的混合液，使得各离心瓶的总质量相等;%1 离心。将离心机转子内部擦干，之后将转子装入，离心瓶放入离心机中,盖好，启动离心机，时间15分钟。%1 观察。将离心瓶取出，避免晃动（以免上层清液变浑浊），用激光从上到下照射离心混合液，直到出现丁达尔效应，把出现丁达尔效应以上的清液吸出。%1 再平衡，再离心。将去除清液的混合液再平衡，平衡后再离心，直至混合液从液面开始就出现丁达尔效应。（不同的组合所需的离心次数不

24、同, 英中62wt%-50°c-120min 组合离心了 5 次，62wt%-50°c-70min 组合离心了4次，其余组合都只需1次）%1 透析。将离心后混合液装入透析袋中（透析袋不宜过长，以免透析 袋在水中弯折，最好是蒸饱水刚好浸过透析袋，透析袋亦不可装得太满，以 免透析后将析袋中），放入蒸谓水中静置。%1 测pho每天更换透析所用蒸馆水，用ph计测透析蒸憾水的ph值， 直至透析后的蒸憾水与未透析的蒸憎水ph值一致。透析蒸憎水每天ph值变 化见表1.2o%1 冰浴超声。把事先制好的冰块放入超声仪器中，待超声仪中水温下 降到5°c以下开始超声，时间20分钟。目的

25、是进一步分散纳米纤维素。%1 三平衡，三离心。将透析好的混合液再平衡后离心，要求与步骤 一样；%1 转移。将离心后的液体转移到塑料试剂瓶中，放入冰箱，备用。表1.2样品透析ph变化-5-南京林业大学本科生毕业设计(论文)在透析的过程中，桶中样品的颜色会变浅，最明显的1号桶中的样品，颜色变浅的原因是反应反应结束后产生的一部分沉淀开始慢慢溶于水中。每组合制备的产品在颜色上存在着差异，各组合制备的产品在颜色上 的对比见图lo图1样品颜色对照图注：图上样品从左到右分别是a(62wt%-50°c-120min)> b(64wt%-50°c120min)、f (62wt%-40&

26、#176;c-120min)o1.2.3纳米纤维素含量的测定纳米纤维素含量的测定原理和步骤与测浆料的含水率原理和步骤一 样。各组合所制备的纳米纤维素含量见下表1.3。表1.3 纳米纤维素含量6南京林业大学本科牛毕业设计(论文)1.2.4纳米纤维素得率的测定通过三平衡与三离心将纳米纤维素以及水解残渣分离，称量并记录下 来平衡前空离心瓶的质量和平衡后装有混合液的离心瓶质量，离心后残渣 形成沉淀贴在离心瓶壁上，将液体倒出，称量含残渣的离心瓶的质量并记 录下来。纳米纤维素质量由纳米纤维素胶体质量乘以纳米纤维素含量百分 数得来。分离后计算纳米纤维素的得率，原理为：纳米纤维素胶体中的纳 米纤维素总质量与反

27、应时加入绝干浆料质量的比值。表1.4纳米纤维素得率从表上可以看出b样品的得率最低，f样品的得率最高，说明硫酸浓 度过高时纤维素会过分水解，变成单糖，降低了纳米纤维素晶体的得率。 降低反应温度和延长反应时间有利于纳米纤维素得率的提高。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实验仪器:pcd (03 ph)、紫外可见分光光度计(uv757crt)、bt-90 纳米激光粒度分布仪。(1) 电荷测定原理：利用流动电势法，结合标准滴定液滴定的方法来荷。实验步骤如下：7南京林业大学本科生毕业设计（论文）%1 先将样品稀释十倍（不稀释滴定变化会比较小，所需标准滴定液量 也会比较大，稀

28、释后变化会更加明显，具体是否稀释视样品而定），取稀 释后的样甜10ml加入到仪器中；%1 装好仪器启动，记录初始电荷数。将标准滴定液放于天平上，然后 天平去皮；%1 用滴管吸取标准滴定液往待测样品中缓慢滴入标准滴定液，待测液 电荷变为0 （±10）时，停止滴定，滴管中剩余标准液回收，记录天平读 数。各样品滴定结果见表1.5o表1.5各样品pcd的测定从表上可以看出，所冇的样品表面都成负电性，其中样品a和样品f 的表面负电荷含量最高，说明延长反应时间可以使酯化反应更完全，为后 面纳米纤维素的进一步表面改性提供了更多的反应中心。（2）纳米激光粒度分布检测原理：采用动态光散射原理和光子相关

29、 光谱技术，根据颗粒在液体中的布朗运动的速度测定颗粒大小。小颗粒布 朗运动速度快，大颗粒布朗运动速度慢，激光照射这些颗粒，不同大小的 颗粒将使散射光发生快慢不同的涨落起伏。光子相关光谱法就根据特定方 向的光子涨落起伏分析其颗粒大小。各样品检测结果见图2图7o南京林业大学本科生毕业设计（论文）图2 （a稀释10倍）9南京林业大学本科生毕业设计（论文）图3 （b原液）10南京林业大学本科生毕业设计（论文）图4 （c稀释5倍）-11-南京林业大学本科牛毕业设计（论文）图5 （d稀释5倍） -12 -南京林业大学本科生毕业设计（论文）图6 （e稀释5倍）南京林业大学本科生毕业设计（论文）图7 （f稀释

30、5倍）14南京林业大学本科生毕业设计（论文）（注：图片中的样品名称与测试时间为机器默认设置，样品名称请看备注。）从以上几个图中可以看出，e样品的粒径分布最均匀，b样品的粒径分布最离散，f样品的平均粒径最大，d样品的平均粒径最小。（3）紫外可见光分光光度分析原理：分子中的某些基团吸收了紫外 可见辐射光后，发生了电子能级跃迁而产生的吸收光谱。由于各种物质具 有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也 就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线，可根 据吸收光谱上的某些特征波长处的吸光度的高低判别或测定该物质的含 量。各样品扫描图像见图8图13,部分扫描结果表1

31、.6表l.llo图8 （样品a紫外可见光光度分析扫描图）表1.6 （样品a部分扫描结果）15南京林业大学本科生毕业设计（论文）图9 （样品b紫外可见光光度分析扫描图）表1.7 （样品b部分扫描结果）图10 （样品c紫外可见光光度分析扫描图）16南京林业大学本科生毕业设计（论文）表1.8 （样品c部分扫描结果）图11 （样品d紫外可见光光度分析扫描图）表1.9 （样品d部分扫描结果）南京林业大学本科生毕业设计（论文）图12 （样品e紫外可见光光度分析扫描图）表1.10 （样品e部分扫描结果）图13 （样品f紫外可见光光度分析扫描图）18南京林业大学本科生毕业设计（论文）表1.11 （样甜f部分扫

32、描结果）图上样品从左到右分别是a （62wt%-50°c-120min） b （64wt%-50°c -70min） c （62wt%-50°c-70min） d （62wt%-40°c-70min） e （55wt%-50°c -120min） f （62wt%-40°c-120min）o从图中可以看出，所有样品的紫外谱图形状相似，没有明显的吸收峰, 在紫光区间的吸光度高于可见光区域的，谱图中都没有特征峰。说明得到 的产品属于同一类物质，它们的主要区别在于粒径和形状。-19 -南京林业大学本科生毕业设计（论文）2研究纳米纤维素在造纸

33、中的运用2.1抄纸中加入纳米纤维素2.1.1实验原料与仪器阔叶浆料、针叶浆料、高得率浆、纳米纤维素、抄纸机、疏解机2.2抄纸2.2.1备料（1）实验方案含针叶浆15%,含阔叶浆70%,含高得率浆15%；实验对照组设置9组, 分别为加淀粉（2wt%） 1% （相当于加入淀粉0.022g）、加纳米纤维素（包 括实验制备的六个样品和老师带来的两个样品（分别标记为'高'样品和'低'样品）0.5% （相当于加入纳米纤维素0.011g）o第二种是：空白纸张含阔叶浆80%,含高得率浆20%；实验对照组 设置组，分别为加淀粉1%、加纳米纤维素（共5组，分别为低样甜、 e样品和f

34、样品还有小伙伴制备的c样品和d样品，为区分不同分别标记 为c1和di） 1%、加淀粉和纳米纤维素各1%。（依据是淀粉溶液带止电荷有利于带负电荷的纳米纤 维素的留着）。实验步骤第一种方案：测水分与浓度；在抄纸之前先测定三种浆料的水分和 高样品、低样品的浓度。实验数据见表2.1o表2.1 （针叶材浆料干度）%1 计算；每组空白组和试验对照组抄4张纸，总共需要抄纸40张，我们按照20南京林业大学本科生毕业设计（论文）抄纸60张计算，每张定量按2.2g计算，各浆料需要的总量见表2.2。浆料需耍先经过疏解才可以进行配比抄纸。我们配比抄纸时按针叶浆 和高得率浆各加入100ml,阔叶浆加入200mlo计算总

35、的疏解水的量（包由于每组纳米纤维素胶体的含量不同所以加入的纳米纤维素胶体的 量也不同。每组实验组加入的纳米纤维素胶体体积见表2.4 （纳米纤维素 胶体密度按lg/ml）o表2.2 （抄纸所需浆料量）表2.3 （各浆料疏解水）表2.4 （各纳米纤维素加入量）%1 疏解、配料；浆料计算好后开始疏解（高得率浆需要热水疏解）， 这里简单介绍阔叶浆的疏解步骤，所有的阔叶浆料分成四次疏解，每次疏 解加水2l,疏解时间为大概5分钟左右（阔叶浆相对最难疏解，其余两种 浆料相对比较容易疏解），疏解好后的浆料统一倒入容器屮，再向容器屮 补充所需的水，加水后搅匀，备用。配料很简单，准备4个烧杯，往每个 烧杯中加入l

36、ooml针叶浆，200ml阔叶浆，100ml高得率浆。%1 抄纸；使用抄纸机抄纸，我们选用的是手动抄纸，因为制浆的滤水 性差，抄纸机原本的程序设计不适合，会使得成形的纸上残留大量的水。 步骤不做介绍。%1 恒温恒湿；刚抄好的纸还不能用于测纸性，必须进行恒温恒湿的实 验，在恒温恒湿下放置晾一天就可。南京林业大学本科生毕业设计（论文）第二种方案：测水分与浓度；实验步骤和原理与方案一大同小异, 纸张的配比变成了高得率浆占20%,阔叶浆占80%o高得率浆使用的还是和样品d1的浓度由小伙伴提供，分别为:0.29%和0.19%o表2.5 （阔叶浆浆料干度）%1 计算；定量和之前一样，总共需要抄纸48张，我

37、们按照抄纸60张 计算，各浆料需要的总量见表2.6。这次配比抄纸时按高得率浆加入100ml, 阔叶浆加入250ml,各浆料的总的疏解水量见表2.7o每组实验组加入的 纳米纤维素胶体体积见表2.8。表2.6 （抄纸所需浆料量）表2.7 （各浆料疏解水）表2.8 （各纳米纤维素加入量）-22 -南京林业大学本科牛毕业设计（论文）%1 疏解、配料；每次加入阔叶浆的体积变成了 250ml,高得率浆还是100ml,不再加针叶浆，其余和第一种大同小异。%1 抄纸、恒温恒湿。2.2.2测纸性（1）实验仪器：天平、纸张厚度测量仪（zhd4）、纸张白度测量仪 （yqz48a）、耐破度测量仪（yq-z-23a）、

38、纸张拉力仪（wzl-300）、耐折 度测量器（vq 乙31）、撕裂度测量器（j-sly1000a）不可调切纸刀（切15mm） 可调切纸刀（切63mm）第一种方案所抄纸的定量见表2.9,第二种方案所抄纸的定量见表表2.9 （方案一纸张定量）表2.10 （方案二纸张定量）从每种样品定量平均值的比较屮，可以发现，淀粉的加入会提高纸张 的定量，f纸张的定量是单独加入纳米纤维素纸张中最高的，说明f样品 对纸浆中细小纤维的留着性能最高。并口同时加入纳米纤维素和淀粉的纸 张会比单独加入纳米纤维素的纸张定量更高，说明淀粉可以增加纳米纤维 素的留着率。%1 测厚度并计算纸张的紧度。第一种方案所抄纸的厚度见表2.

39、11,第 二种方案所抄纸的厚度见表2.12o23南京林业大学本科生毕业设计（论文）表2.11 （第一种方案所抄纸的厚度）表2.22 （第二种方案所抄纸的平均厚度和平均紧度）分析数据可以发现，单独加入纳米纤维素使得纸张的厚度增加了，说 明纸张的挺度升高了，其中升高最多的是加入样品f。同吋加入纳米纤维 素和淀粉时纸张的厚度比单独加入纳米纤维素的纸张的厚度更大，纸张的 挺度更低。淀粉的加入会使得纸张的进度增加，说明淀粉有利于纤维间的 结合。%1 测白度；第一种方案所抄纸的白度见表2.13,第二种方案所抄纸的 白度见表2.14o表2.13 （第一种方案所抄纸的白度）南京林业大学本科生毕业设计（论文）表

40、2.14 （第二种方案所抄纸的白度）结果表明，添加纳米纤维素对张张亮度有利，但是不是很明显。%1 切纸；按纸浆造纸分析与检测教科书说明切纸，每组取两张纸，切 好的纸标号摆好。%1 测耐破度；每张纸切下来的样品测两次，测耐破度时测量点不可过 于接近纸的边缘，记录下每张纸两次测量值，第一种方案所测纸耐破度值 与耐破指数见表2.15,第二种方案所测纸耐破度值与耐破指数见表2.160表2.15 （第一种方案所测纸平均耐破指数）25南京林业大学本科生毕业设计（论文）淀粉和纤维素的加入使得纸张的耐破指数提高。表2.16 （第二种方案所测纸耐破指数）分析结果表明纳米纤维素的加入使得第二种方案抄的纸张耐破度降

41、 低了。测耐折度；第一种方案所测纸耐折次数与耐折度见表2.17,第 二种方案所测纸折次数与耐折度见表2.18o表2.17 （第一种方案所测纸耐折度）表2.18 （第二种方案所测纸耐折度）26南京林业大学本科生毕业设计（论文）结果表明，添加阳离子淀粉可以明显提高纸张的耐折度，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。种方案所测纸抗张力值和抗张指数见表2.20o表2.19 （第一种方案所测纸平均抗张指数）表2.20 （第二种方案所测纸平均抗张指数）27南京林业大学本科生毕业设计（论文）结果表明，添加阳离子淀粉可以明显提高纸张的抗张强度，单独添加

42、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。测撕裂度；第一种方案所测纸撕裂度值见表2.21,第二种方案所测 纸撕裂度值见表2.22。表2.21 （第一种方案所测纸撕裂度）结果表明加入淀粉使得纸张的撕裂度增加，纳米纤维素的加入会使纸 张的撕裂度降低。表2.22 （第二种方案所测纸撕裂度）结果表明，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。28南京林业大学本科生毕业设计（论文）结论本文通过酸水解在不同的条件组合下制备纳米纤维素，并将其应用在 造纸化学湿部中，在计算纳米纤维素得

43、率之后，我们可以发现以下结论:1、在62wt%的硫酸条件下制备的纳米纤维素的得率最高，在23.44%24.8%之间，其中62wt%-40°c-120min的条件下制备的纳米纤维素 得率最高，这与文献屮略有不同。当反应时间降低50min时，在误差允许 的范围内，纳米纤维素的得率基本不变；反应温度的提高会影响到纳米纤 维素的得率，降低比将明显；当硫酸的溶度提高时，纳米纤维素的得率急 剧降低，当硫酸溶度降低时，纳米纤维素的得率显著降低。在通过测定与分析成纸的物理性能的情况下，可以得出以下结论：1、两种抄纸方案中加入纳米纤维素的纸张白度略有提高，阳离子淀 粉使纸张白度降低。2、在方案一中，分

44、析数据可以发现，纳米纤维素的加入使得纸张的 厚度降低了，说明纸张的挺度降低了，其中降低最多的是加入样品a的纸 张。并且加入样品a的纸张紧度最高，样品a的加入有助于纤维间的结合。 在方案二中，分析数据可以发现，单独加入纳米纤维素使得纸张的厚度增 加了，说明纸张的挺度升高了，其中升高最多的是加入样品f。同时加入 纳米纤维素和淀粉时纸张的厚度比单独加入纳米纤维素的纸张的厚度更 大，纸张的挺度更低。淀粉的加入会使得纸张的进度增加，说明淀粉有利 于纤维间的结合。3、在方案一中，结果表明加入淀粉使得纸张的撕裂度增加，纳米纤 维素的加入会使纸张的撕裂度降低。在方案二中结果表明，添加阳离子淀 粉可以明显提高纸

45、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。4、结果表明，添加阳离子淀粉可以明显提高纸张的耐折度，单独添 显著提高纸张耐折度。这说明纳米纤维素的加入有利于淀粉的留着。5、加入阳离子淀粉后，纸张的耐破指数明显提高。在第一种方案抄 的纸中可以发现纸张的耐破指数明显提高，提高最多的是加样品b和样品 低的纸张，提高了 6.9%；在第二种方案抄的纸中可以发现纸张的耐破指数 有所降低，降低最明显29南京林业大学本科生毕业设计（论文）的是加样品f的纸张，降低了 13.4%。6、对于纸张的抗张指数，结果表明，添加阳离子淀粉可以明显提高 纸张的抗张强度，单独添

46、加纳米纤维素对纸张抗张强度影响不明显，但和 阳离了淀粉复配使用时可以提高纸张抗张强度。升高最明显的是加入淀粉 和e样品的纸张，幅度为31.72%0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，可以得出以下结论：1、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。2、通过对其紫外可见光分光光度计分析可得出在55wt%-50°c-120min 条件下制备的纳米纤维素吸光度最高，高达4,其余多在2和3左右。3、用纳米激光粒度仪检测粒径的分布范围，可以发现，样品a、c、d、e的粒径多在100-1000nm之间，样品f的粒径在loooonm左右，不大匀。-30-南京林业大学本科生毕业设计（论文）致谢