碱预处理对制备微晶纤维素的影响

碱预处理对制备微晶纤维素的影响
作者：樊茹
来源：《科学与财富》2020年第04期
摘要：微晶纤维素（Microcrystalline cellulose，MCC）作为一种非常重要的纤维素类功能材料，目前已被广泛应用在医药、食品、化工等工业领域。

鉴于此，本文对碱预处理对制备微晶纤维素的影响进行了分析，以供参考。

关键词：碱预处理;微晶纤维素;影响
引言
纤维素（CNC）是由纤维素二糖通过β-1，4-糖苷键连接而成的线性高分子，是自然界中大量存在的一种多糖。

CNC是可再生的天然高分子聚合物，近年来被广泛应用，尤其是作为填料用于高分子基复合材料中。

CNC经过处理可得到微晶纤维素（MCC）和纳米微晶纤维素（NCC）。

1微晶纤维素概述
微晶纤维素是一种由β-1，4葡萄糖苷键连接的直链多糖，是纤维素水解至极限聚合度的产物。

其虽既不溶于水、稀酸，也不溶于油脂等有机溶剂，但能在稀碱溶液中部分润涨、溶解，能发生具有较高反应性能的乙酰化、脂化、羧甲基化等反应，在化学改性方面具有很大的
应用价值。

由于微晶纤维素具极低的聚合度、较大的比表面积、疏松的结构等特点，因此被广泛使用在纸制品、化妆品、医药、革制品、食品等领域。

2实验
2.1材料与试剂
针叶木溶解浆，湖南省某浆板厂;质量分数37%浓盐酸，济南市永茂化工有限公司;氢氧化钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。

表1为针叶木溶解浆的质量指标。

2.2主要设备和仪器
DL-6175BL型开炼机，东莞宝轮精密检测仪器有限公司产品;VC-150T-3-FTMO-3-RT型真空平板硫化机，佳鑫电子设备科技（深圳）有限公司产品;MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品;GT-GS-MB型邵尔硬度计，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品;AT-7000S型电子拉力试验机，德国Zwick公司产品;UltimaI型X射线衍射（XRD）仪，日本Rigaku公司产品;JSM-7500F型扫描电子显微镜（SEM），日本电子株式会社产品。

2.3方法
（1）山葡萄梗微晶纤维素的制备工艺流程
山葡萄梗→预处理→碱处理→乙醇硝酸提取→H2SO4处理→洗涤→漂白→干燥→山葡萄梗微晶纤维素
（2）山葡萄梗微晶纤维素的制备操作要点
将山葡萄梗用蒸馏水洗涤，于75℃烘干，研磨，过40目筛;取一定量的山葡萄梗，按液料比30︰1（mL/g）加入质量分数为3%的NaOH溶液，于60℃水浴90min，抽滤、水洗至中性;按液料比22︰1（mL/g）加入体积比为5︰1的乙醇硝酸混合液，在90℃回流3h，过滤、水洗至中性;按液料比30︰1（mL/g）加入3%硫酸溶液，微沸回流30min，冷却后过滤，水洗至中性;按照液料比20︰1（mL/g）加入6%的次氯酸钠溶液，于60℃漂白处理1h，抽滤，水洗至中性，放入75℃恒温干燥箱中10h，得到山葡萄梗微晶纤维素。

2.4微晶纤维素的鉴定方法
1）镉乙二胺溶液的配制。

量取480mL蒸馏水，加入到1000mL烧杯中，再量取220mL的乙二胺加入此烧杯中混合;然后加入54g氧化镉（CdO），将混合物进行冰水浴磁力搅拌1h，并将制得的溶液放入冰箱中保存过夜。

取出溶液后在25℃（室温）条件下放置1～2h;随后离心过滤去除白色沉淀，得到清亮的镉乙二胺溶液。

2）微晶纤维素含量测定。

微晶纤维素是由β-1，4葡萄糖苷键连接的一种直链多糖，是纤维素水解至极限聚合度的产物，极限聚合度在15～375之间。

微晶纤维素有3个主要的基本特征：平均聚合度达到极限聚合度值;具有纤维素I的晶格特征;具有极強的吸水性，且在水介质中经强力剪切作用后具有生成胶的能力。

只有同时具有这3个基本特征，纤维素的水解产物才是微晶纤维素。

准确称取0.25g玉米秸皮微晶纤维素样品，将其放入到250mL的烧杯中，量取50mL去离子水加入到锥形瓶中，再量取配置好的重铬酸钾溶液50mL加入其中，摇晃使其混匀;然后量取100mL配置好的硫酸溶液加入到此烧杯，迅速加热使溶液沸腾，然后放置，冷却到室温;再将此溶液转移到500mL容量瓶中，加水至容量瓶刻度线，摇晃混匀。

量取50mL配置好的溶液放入到100mL烧杯中，向此烧杯中滴加3滴配置好的邻二氮菲指示液，然后滴定硫酸亚铁铵滴定液（浓度为0.1mol/L），并将滴定结果用空白试验校正[13]。

每1mL硫酸亚铁铵滴定液（浓度为0.1mol/L）相当于0.675mg的微晶纤维素[14]。

滴定过程中颜色由橘红色到浅黄色，再突变到亮绿色即为终点。

微晶纤维素含量的计算见式（1）
式中：c为硫酸亚铁铵溶液的浓度（mol/L）;V1为空白试验硫酸亚铁铵溶液的体积（mL）;V1为微晶纤维素样品的硫酸亚铁铵用量（mL）;m为样品质量（g）;1mL浓度为
0.1mol/L的硫酸亚铁铵溶液中的微晶纤维素质量为0.675g。

3结果与分析
（1）山葡萄梗微晶纤维素的色度
山葡萄梗微晶纤维素的色度见表1。

由表1可知，山葡萄梗微晶纤维素的L值、a值、b值和ΔE值分别为84.36，0.89，17.14和20.67。

与山葡萄梗相比，山葡萄梗微晶纤维素的L值增大，a值、b值和ΔE值降低，说明山葡萄梗微晶纤维素比山葡萄梗更加洁白，呈白色花粉状。

4结论
（1）碱预处理使得纤维素纤维吸水润胀，纤维平均宽度增加。

在NaOH质量分数为9%时，纤维平均宽度从未预处理时的29.2μm增加到31.2μm。

（2）在保证晶型不变的前提下，随着预处理NaOH质量分数增大，相同酸水解条件下制备的MCC平均粒径变小，粒径分布更加集中;NaOH质量分数为9%时，预处理后制得的MCC 平均粒径最小，平均粒径由未预处理时的52.1μm降低至41.8μm，粒径减小了19.8%，粒径均一性提高。

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