杜仲枝木纳米纤维素晶体特性分析及其对大豆蛋白胶黏剂强化作用研究

[目的]杜仲叶林种植模式生产大量可药用杜仲叶的同时产生了大量枝木，难以有效利用。杜仲枝木的纤维素含量较高，是生产纳米纤维素的优良原料，但尚未见相关研究。此外，大豆蛋白(SPI)胶黏剂是具有较好应用前景的生物基胶黏剂，但粘度较大、胶合强度不高。因此，研究杜仲枝木制备纳米纤维素晶体(CNC)技术，以及CNC增强SPI胶黏剂的影响因素，可为杜仲枝木高值化利用提供途径，同时为SPI胶黏剂的改性和应用提供参考。 [方法]以杜仲枝木为原料，分别采用 3 种羧酸低共熔溶剂(DES)结合微射流处理制备杜仲CNC，比较 3 种DES的预处理效果，计算CNC得率并通过马尔文粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析其粒径、电位、表面形貌、热稳定性、晶体结构和官能团等性质;研究DES组分摩尔比和温度对CNC得率和性质的影响，并比较三元DES和二元DES体系制备CNC的性质差异;再以CNC为增强材料改性SPI胶黏剂，探究CNC的添加量和长径比对SPI胶黏剂性能的影响，通过旋转流变仪、热压机、FTIR、XRD、TGA和SEM分析胶黏剂的流变性能、胶合强度、官能团、结晶度、热稳定性、表面形貌等性质。 [结果](1)3 种羧酸 DES 中，氯化胆碱/乳酸/对甲苯磺酸(TLA)制备的 CNC 得率较高，为 77.5 9%，CNC长度82.67±2.67 nm，直径12.43±0.27 nm，长径比6.65，结晶度较低，热稳定性高，TLA是制备杜仲CNC的较佳DES.温度对DES制备的CNC性能影响显著，低温下制备的CNC悬浮液更稳定，得率更高，热稳定性也更高。酸性DES对纤维素结晶区有显著作用，所得CNC结晶度低于纤维素原料。 (2)以TLA预处理制备CNC，较高的乳酸含量和处理温度有利于CNC制备，但会导致纤维素部分水解或碳化，使得率降低。氯化胆碱、乳酸和对甲苯磺酸的摩尔比为 2:12:1，温度为 110℃时，所得CNC为纤维素Ⅱ晶型，结晶度62.21%，得率 62.18%，最大失重速率温度为366℃。与对应二元DES 相比，TLA制备的CNC得率较高，长径比较大，为21.69，热稳定性高。 (3)CNC 长径比对其增强胶黏剂性能有显著影响。CNC 的加入增加了胶黏剂固体含量，粘度增大。高长径比CNC与大豆蛋白的反应活性高于低长径比CNC，胶黏剂的水溶性和水分吸收率更低。高长径比CNC添加量为 0.5%时胶黏剂的干状和湿状胶合强度分别为 2.2571 MPa和 0.9637 MPa，均超过国家Ⅱ类板材标准。 [结论]本研究为杜仲枝木CNC的制备找到了一种优良的DES，明确了高长径比CNC是大豆蛋白胶黏剂的优良增强剂。为杜仲枝木的利用提供了技术参考，对大豆蛋白胶黏剂的改性研究有一定的借鉴意义。