纤维素晶须/丁苯橡胶功能膜的制备工艺(2)

菜单

3.3.7BCW/SBR复合膜的降解行为22

结论·24

致谢·25

参考文献·26

1 绪论
1.1 研究背景为了提高橡胶制品的各项性能，炭黑和白炭黑被广泛应用，近来，用生物纳米颗粒来代替或减少这些物质的使用已经引起了人们的广泛关注。纤维素是自然界中分布最为广泛的生物质高分子材料之一，具有可再生、污染小、易回收和生物降解、成本低和前景广阔的特点。纤维素及其衍生物已被广泛应用以减少石油等材料的使用和降低环境污染，其中，纤维素纳米晶体作为最有价值的纤维素材料引起了材料界极大的关注[1-2]。纤维素纳米晶须除了具有纤维素的特点外，还具有低密度、高力学强度、表面含有大量活性羟基的特点，可以作为一种新型橡胶增强填料，从而可以缓解了当今资源严重匮乏的严峻情形，因此不断深入研究和开发纤维素的应用具有重要意义，也是当今研究热点之一。细菌纤维素（bacterial cellulose, BC）是由木醋杆菌等微生物合成的一种纤维素，具有特殊的精细网状结构，因其纯度高（100%）、结晶度高（84-89%），不含木质素和其他的细胞壁成分、强吸水性、高聚合度、可再生和生物可降解性等优点，被广泛应用在生物医学领域、污水过滤和纳米复合材料、食品和造纸等方面[3, 4]。细菌纤维素晶须（Bacterial Cellulose Whisker , BCW）具有高的长径比，使其在橡胶复合材料领域中有极高的补强效果[5]。近年来，生物质纳米颗粒常被用做增强型填料与天然橡胶、丁苯橡胶等橡胶制成各种复合功能膜，相关报道还很少，但却具有很好的发展前景。如含有高直链成分的豌豆淀粉（PS），其直链成分随着豌豆品种的变化而不同，变化范围为 30%~60%，因此常用来成膜。然而，与其它亲水胶体一样，淀粉膜和塑料高聚物相比表现出一些缺点，如它们的亲水性和弱的机械性能，向其中混合了花生分离蛋白后膜的机械性能会有所提升[6]；刺激-响应型智能材料是一类能对外界刺激，如光、热、化学药剂和磁场等条件作出至少一个性能变化的功能材料。随着外界环境的改变，智能材料的某种性能也产生相应的变化，即起到了选择性和可控性的变化，因此刺激-响应型智能材料在药物释放、生物分离、传感器、制动器、智能家居和智能穿戴等领域受到广泛关注[7]，传统橡胶材料一般用作起减震、固定和支撑作用的生活中随处可见的结构型材料，而如果通过各种填料增强的橡胶复合材料能针对外界刺激做出不同的响应，将其用在生物智能材料，这将极大拓宽橡胶材料的应用领域。
1.2 细菌纤维素（BC）细菌纤维素最早是由科学家 Brown在传统酿造业表面发现的，它主要是由细菌微生物产生的多糖类物质。细菌纤维素的结构（如图 1.1）分为结晶区和无定形区，相互作用为弱的分子间相互作用（包括氢键和范德华力）。但与植物纤维素相比，BC 具有不同于常规木质纤维素的超分子结构[4]，从而性能也不尽相同：（1）BC 的纯度、聚合度和结晶度相对都较高，结构均匀，具有良好的分子取向性，是高纯三维纤维网状结构；
（2）BC 的直径约为 0.01 μm~0.1 μm，拉伸强度和杨氏模量极高，并具有极佳的形状可塑性和高抗撕性；（3）BC 的结构为三维网状，分子内存在大量亲水的羟基基团，并且结构内部有很多“孔道”，因此具有很强的吸水、持水、透水和透气性能；（4）具有可调控性，通过调节培养条件可以得到所需功能的材料。这使 BC 广泛应用于造纸、聚合物增强和无机物合成等领域[8-11]。机理，它可以成功去除纤维素中的非晶区域或无规部分，从而得到了尺寸较小的单纤维晶须。采用硫酸水解 BC 得到性能优异的 BCW 已经得到了实现，不足之处是，酸水解残存大量的杂质，主要是酸，需要消耗大量的去离子水进行水洗，可能使 BCW 的产率降低。纤维素的酶水解法需要多种酶的共同作用，George 等人[14]采用酶水解法成功制备了 BCW。酶水解法易于控制反应条件，从而控制反应进程，研究方便。机械法是对纤维素进行高压机械处理，强压使得纤维被切断同时发生纤维化作用，无需化学试剂，但制备的晶须尺寸不是很理想。