玉米秸秆纤维素在复合材料制备中的提取与应用

第2章　玉米秸秆纤维素提取及其在复合材料制备中的应用

近年来，随着石油、煤炭储量的下降以及价格的飞速增长，各国对环境污染问题日益关注，纤维素这种价廉的可再生资源的应用也愈来愈受到重视。目前，纤维素在纺织、造纸、生物、化工、食品、医药、涂料、塑料、保健品等领域中的应用十分广泛。我国是玉米种植大国，每年产生的玉米秸秆可达2.2亿吨。玉米秸秆中含有大量的纤维素、木质素、半纤维素等天然高分子物质。目前玉米秸秆除少部分用作饲料外，大部分被烧掉或弃置农田，这不但造成资源浪费，而且也产生严重的环境污染。如果能从玉米秸秆中提取出优质的纤维素应用于工业生产中将会产生巨大的经济效益和生态效益。虽然人们对玉米秸秆的综合利用做了大量的研究，但对于纤维素提取工艺方面的研究却较少。玉米秸秆中纤维素和木质素与半纤维素紧密地交织在一起，很难进行分离，而半纤维素和木质素的存在又会破坏纤维素的加工性能。因此，如何在保持玉米秸秆纤维素提取量的基础上，尽量脱除半纤维素和木质素成为纤维素工业上一个重要而紧迫的问题。作者通过对玉米秸秆纤维素提取工艺进行探讨，确定了既能保持较大纤维素提取量，又能较多脱去半纤维素和木质素的酸碱结合的方法的工艺条件，以提取出纯度较高优质的纤维素。

纤维素可通过酸或酶水解法制备出微晶纤维素。由于酶水解法不但成本较高，而且纤维素不能完全被降解，降低了微晶纤维素的得率，目前主要方法还是利用酸水解法。微晶纤维素具有许多优良性能，如高强度、高结晶度和较大的比表面积等。如果能针对玉米秸秆纤维素，找寻出最优的玉米秸秆微晶纤维素酸水解工艺条件，制备出得率较高的微晶纤维素，将大大降低微晶纤维素的制备成本，具有巨大的经济效益和生态效益。响应面分析法(response surface methodology，RSM)是一种寻找多因素系统中最佳条件的数学统计方法。作者以自制的玉米秸秆纤维素为原料，通过响应面法对酸水解法制备微晶纤维素的工艺进行优化，为进一步的工业化生产提供技术支持。(www.xing528.com)

聚乙烯醇(PVA)是重要的环境友好高分子聚合物，具有优良的亲水性、抗氧化性、生物相容性和生物降解性，在医药、纺织、包装、建筑、高分子化工等领域都有巨大的市场。但PVA分子内和分子间含有大量的氢键，使其耐水耐热性差、力学性能稍显不足。如果用玉米秸秆中提取出制备出微晶，作为增强剂，增强聚乙烯醇材料的热稳定性和力学性能，将产生巨大的经济效益和生态效益。为此，作者把玉米秸秆微晶纤维素作为增强材料，制备出了玉米秸秆微晶纤维素/聚乙烯醇(CSCMC/PLA)复合膜材料，同时对复合膜的热稳定性能和力学性能进行了检测分析。

聚乳酸(PLA)也是一种重要的环境友好高分子材料，具有优良的力学性能、生物相容性、生物降解性和资源可再生性，在生物医学工程、涂料、薄膜、热塑材料、纺织、包装等领域都有巨大的市场。但PLA韧性和和热稳定性差极大地限制了它的应用。为此，作者把玉米秸秆微晶(CSCMC)作为增强材料，制备出了CSCMC/PLA复合膜材料，同时对复合膜的热稳定性和力学性能进行了检测。