纖維素粉末物理特性探討

程 瑩，徐廣標(biāo)，b

（東華大學(xué)a.紡織學(xué)院；b.產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620）

纖維素粉末物理特性探討

程 瑩a，徐廣標(biāo)a，b

（東華大學(xué)a.紡織學(xué)院；b.產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620）

以木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿纖維素粉末為研究對(duì)象，研究了其形態(tài)結(jié)構(gòu)、回潮率及熱性能.研究發(fā)現(xiàn)，纖維素粉末斷面呈不規(guī)則狀，表面有不同程度的損傷，但保留了其相應(yīng)纖維的形態(tài)特征；木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿纖維素粉末回潮率分別為11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%；通過(guò)熱失重（TG）分析發(fā)現(xiàn)，5種纖維素粉末起始降解溫度均高于250℃，比較而言，香蒲絨纖維素粉末熱穩(wěn)定性較差，竹漿纖維素粉末熱穩(wěn)定性較好.研究結(jié)果為纖維素粉末應(yīng)用提供理論依據(jù).

纖維素粉末；形態(tài)結(jié)構(gòu)；回潮率；熱性能

纖維素粉末廣泛用于吸附、食品、化妝品、復(fù)合材料及織物后處理等領(lǐng)域［1－9］.對(duì)于纖維素粉末基本性能的研究，目前主要集中于纖維素粉末的制備、外觀形態(tài)及吸濕性能等方面.有研究人員對(duì)羊毛纖維粉末制備、形狀、組成以及構(gòu)象進(jìn)行了分析［10－11］.日本造紙化學(xué)株式會(huì)社［3］對(duì)一種膳食纖維素粉末的形態(tài)、吸濕性等性能進(jìn)行了研究.文獻(xiàn)［12］給出了大豆膳食纖維粉末質(zhì)量指標(biāo)及相應(yīng)測(cè)試方法.在已有文獻(xiàn)中，對(duì)纖維素粉末形態(tài)結(jié)構(gòu)與基本性能的系統(tǒng)研究較少.因此，本文對(duì)木棉、香蒲絨、竹漿、木漿以及葦漿5種纖維素粉末的形態(tài)結(jié)構(gòu)及物理特性進(jìn)行分析，為纖維素粉末應(yīng)用提供參考依據(jù).

1 試 驗(yàn)

1.1 試樣

本文研究的纖維素粉末包括木棉、香蒲絨、竹漿、木漿和葦漿纖維素粉末，均由同一企業(yè)加工，通過(guò)粉碎機(jī)機(jī)械粉碎作用制得.使用標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)測(cè)得5種纖維素粉末粒徑均小于75μm，標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)孔徑為75μm（200目）.

1.2 測(cè)試儀器及方法

1.2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試

纖維素粉末形態(tài)結(jié)構(gòu)分析采用JSM－5600LV型掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀察.

1.2.2 回潮率測(cè)試

試驗(yàn)儀器：電子分析天平、Y802K型快速八籃恒溫烘箱.

測(cè)試依據(jù)：GB/T 9995—1997紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定——烘箱干燥法.

試驗(yàn)方法：采用烘箱干燥法，稱取質(zhì)量為5g的粉末置于容器中，當(dāng)箱內(nèi)溫度達(dá)到107℃時(shí)，將容器置于烘箱內(nèi)，烘干至恒定質(zhì)量，稱取此時(shí)樣品的質(zhì)量，根據(jù)烘干前后樣品的質(zhì)量變化，計(jì)算纖維素粉末回潮率.試驗(yàn)進(jìn)行10次取平均值.

1.2.3 熱性能測(cè)試儀器及方法

熱重（TG）分析采用STA409PC型熱重分析儀，在N2氛圍下，升溫速率為10℃/mim，升溫區(qū)間為100～600℃.通過(guò)熱重分析可得纖維素粉末的起始降解溫度，即TG曲線前水平處作切線與曲線拐點(diǎn)處作切線的相交點(diǎn).

2 結(jié)果與討論

2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

5種纖維素粉末形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1～5所示.從圖1～4可以看出，木棉纖維素粉末縱向光滑，粉末截面呈被壓扁的空腔狀；香蒲絨纖維素粉末縱向呈條帶狀，正反面依次出現(xiàn)間隔相同的橫膜，粉末表面較為粗糙，可明顯觀察到纖維表面薄膜有劃擦破痕；竹漿纖維素粉末縱向呈不均勻凹凸?fàn)睿摾w維素粉末經(jīng)亞硫酸鹽處理，亞硫酸鹽的分離作用使竹漿纖維素粉末表面天然溝槽被破壞；木漿纖維素粉末的細(xì)胞壁外層逐層剝離，主要原因是木漿纖維表層與內(nèi)層的干燥收縮率不同.文獻(xiàn)［13－14］表明，木漿纖維經(jīng)多次回用后，纖維細(xì)胞壁各部分、各方向上會(huì)出現(xiàn)裂隙，纖維內(nèi)部出現(xiàn)孔洞，可知本試驗(yàn)采用的木漿纖維素粉末為經(jīng)過(guò)多次回用的木漿纖維制成.由圖5可知，葦漿纖維素粉末集合體中除主體纖維素粉末外，還含有大量粉末碎屑，纖維表面由于受化學(xué)試劑作用呈現(xiàn)不規(guī)則紋路.這表明，5種纖維受機(jī)械打擊后制得的纖維素粉末斷面均呈不規(guī)則狀，且纖維表面均有不同程度的損傷，但保留了大部分相應(yīng)纖維的形態(tài)特征.

2.2 回潮率

對(duì)5種纖維素粉末回潮率進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.從圖6可以看出，木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿5種纖維素粉末在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回潮率分別為11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%.

圖6 5種纖維素粉末回潮率Fig.6 Moisture regains of five cellulose powders

木棉纖維回潮率為10.00%～10.73%［15］，香蒲絨纖維回潮率為7.57%［16］，纖維素粉末的回潮率較這兩種原纖維的回潮率略有不同程度的提高，原因可能是纖維經(jīng)機(jī)械打碎后，更多截面暴露在外，導(dǎo)致纖維素粉末較單纖維與外界環(huán)境接觸面積更多，從而使纖維素粉末回潮率略高于其相應(yīng)纖維的回潮率.竹漿纖維素粉末的回潮率為9.2%，低于竹漿纖維回潮率12%［17］，由于本文采用的竹漿纖維素粉末為亞硫酸鹽半漂漿，亞硫酸鹽具有較好的脫除木質(zhì)素效果和分離作用，而木質(zhì)素是一種復(fù)雜的、非結(jié)晶性的、三維網(wǎng)狀酚類高分子聚合物，脫除后會(huì)使纖維素粉末吸濕性能降低.亞硫酸鹽的分離作用使竹漿纖維素粉末表面天然溝槽被破壞，加之機(jī)械打碎作用，導(dǎo)致其回潮率略有降低.關(guān)于木漿纖維回潮率的研究較少，其回潮率為9%～13%，且工藝、回用次數(shù)不同對(duì)其回潮率有較大影響.此外，葦漿纖維素粉末回潮率與竹漿纖維素粉末回潮率較為接近，對(duì)葦漿纖維回潮率的研究未見(jiàn)報(bào)道.

將以上5種纖維素粉末回潮率與天然纖維回潮率比較，發(fā)現(xiàn)其略低于亞麻（12%）和羊毛（15%）等天然纖維.

2.3 熱性能

5種纖維素粉末的TG和微商熱重（DTG）曲線如圖7和8所示.

由圖7和8可以看出，5種纖維素粉末起始降解溫度均高于250℃.木棉、香蒲絨、竹漿、葦漿纖維素粉末的起始降解溫度分別為285.5，264.9，326.2和307.5℃.木漿纖維素粉末降解包含主降解與次降解，主降解起始溫度為309.1℃，次降解起始溫度為451.9℃.香蒲絨纖維素粉末起始降解溫度最低，之后依次為木棉、葦漿、木漿及竹漿纖維素粉末.起始降解溫度是表征纖維熱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)比5種纖維素粉末起始降解溫度可發(fā)現(xiàn)，香蒲絨纖維素粉末熱穩(wěn)定性最差，竹漿纖維素粉末熱穩(wěn)定性最好，木棉、葦漿及木漿纖維素粉末居中.

圖7 5種纖維素粉末的TG曲線Fig.7 TG curves of five cellulose powders

圖8 5種纖維素粉末的DTG曲線Fig.8 DTG curves of five cellulose powders

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）利用掃描電鏡觀察了木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿5種纖維素粉末的形態(tài)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)纖維素粉末斷面均呈不規(guī)則狀，經(jīng)機(jī)械打擊后纖維表面均有不同程度的損傷.

（2）木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿5種纖維素粉末在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回潮率分別為11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%.

（3）木棉、香蒲絨、竹漿、木漿、葦漿5種纖維素粉末起始降解溫度均高于250℃，香蒲絨纖維素粉末熱穩(wěn)定性較差，竹漿纖維素粉末熱穩(wěn)定性較好，木棉、葦漿及木漿纖維素粉末居中.

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Study on the Physical Characteristic of Cellulose Powder

CHENG Yinga，XU Guang－biaoa，b
（a.College of Textiles；b.Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The morphological structure，moisture regain and thermal properties of five kinds of the cellulose powders of kapok，cattail，bamboo－pulp，wood－pulp and reed－pulp were investigated.It was found that the cellulose powders showed irregular shapes and their surface had different degree of damage，but the morphological characteristics of corresponding fiber were retained.The moisture regains of the cellulose powders of kapok，cattail，bamboo－pulp，wood－pulp and reed－pulp were 11.3%，10.5%，9.2%，11.6%and 9.5%respectively.The thermogravimetric（TG）analysis showed the starting decomposing temperature of related powders were higher than 250℃.It was revealed that the thermal stability of cattail cellulose powder was poor and bamboo－pulp cellulose powder was better.The studies provided theoretical basis for the application of cellulose powders.

cellulose powder；morphological structure；moisture regain；thermal properties

TS 102.1

A

2011－06－13

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（11D10104）

程 瑩（1987—），女，陜西西安人，碩士，研究方向?yàn)榧徔棽牧吓c紡織品設(shè)計(jì).E－mail：chengying＠m(xù)ail.dhu.edu.cn

徐廣標(biāo)（聯(lián)系人），男，副教授，E－mail：guangbiao＿xu＠dhu.edu.cn

1671－0444（2012）03－0272－04