甘蔗渣纤维素在复合材料中的应用技术

第3章　甘蔗渣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，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。中国是仅次于巴西和印度的世界第三甘蔗种植大国，甘蔗作为大宗的糖料经济作物，在国民经济中占有重要地位。甘蔗渣是制糖的一种副产品，每生产出1 t的蔗糖就会产生约1 t的蔗渣，每年中国蔗渣的产量达到2 040多万吨。甘蔗渣中含有大量的纤维素、木质素、半纤维素等天然高分子物质。目前这些蔗渣除少量用于造纸外，绝大部分被烧掉或废弃，不仅造成资源浪费，还严重污染环境。因此，如果能从甘蔗渣中提取出优质的纤维素应用于工业生产将会产生巨大的经济效益和生态效益。虽然人们对甘蔗渣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。甘蔗渣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，而木质素和半纤维素的存在又会破坏纤维素的加工性能。如何在保持甘蔗渣纤维素提取量的基础上，尽量脱除木质素和半纤维素成为纤维素工业上一个重要而紧迫的问题。因此，作者通过对甘蔗渣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，又能较多脱去木质素和半纤维素的工艺条件，以提取出优质的甘蔗渣纤维素。

纤维素是自然界中最丰富且可生物降解性的天然高分子材料。通过酸水解、酶处理或机械法降解掉其无定型部分，保留结晶部分可得到微晶纤维素。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，目前在食品、造纸、陶瓷、钢铁工业、信息、低能耗、环保和再生医用材料等新兴产业领域具有广阔的应用前景。利用微晶纤维素增强复合材料的性能已成为目前研究的热点之一。如果能针对甘蔗渣纤维素，找寻出最优的微晶纤维素酸水解制备工艺条件，制备甘蔗渣微晶纤维素，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。作者以自制的甘蔗渣纤维素为原料，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)

随着环保意识的日渐增长和各种环境新标准的制订，人们更加注重对环境友好、可生物降解材料的研究与开发。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。利用天然植物纤维素晶体作为聚乙烯醇的增强剂开发出具有轻质、高性能、低成本的完全生物可降解材料是目前的研究热点之一。为此，作者把甘蔗渣微晶纤维素(BCMC)作为增强材料，制备出了BCMC/PVA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。

聚乳酸(PLA)作为重要的环境友好高分子材料，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。如果能将微晶纤维素作为增强剂，增强聚乳酸材料的韧性和热稳定性，将产生巨大的经济效益和生态效益。为此，作者把甘蔗渣微晶纤维素(BCMC)，制备出了BCMC/PLA复合膜材料，同时对微晶纤维素增强复合膜的热稳定性和力学性能进行了检测分析。