纤维素粉末物理特性探讨

程 莹，徐广标，b

（东华大学a.纺织学院；b.产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620）

纤维素粉末物理特性探讨

程 莹a，徐广标a，b

（东华大学a.纺织学院；b.产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620）

以木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆纤维素粉末为研究对象，研究了其形态结构、回潮率及热性能.研究发现，纤维素粉末断面呈不规则状，表面有不同程度的损伤，但保留了其相应纤维的形态特征；木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆纤维素粉末回潮率分别为11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%；通过热失重（TG）分析发现，5种纤维素粉末起始降解温度均高于250℃，比较而言，香蒲绒纤维素粉末热稳定性较差，竹浆纤维素粉末热稳定性较好.研究结果为纤维素粉末应用提供理论依据.

纤维素粉末；形态结构；回潮率；热性能

纤维素粉末广泛用于吸附、食品、化妆品、复合材料及织物后处理等领域［1－9］.对于纤维素粉末基本性能的研究，目前主要集中于纤维素粉末的制备、外观形态及吸湿性能等方面.有研究人员对羊毛纤维粉末制备、形状、组成以及构象进行了分析［10－11］.日本造纸化学株式会社［3］对一种膳食纤维素粉末的形态、吸湿性等性能进行了研究.文献［12］给出了大豆膳食纤维粉末质量指标及相应测试方法.在已有文献中，对纤维素粉末形态结构与基本性能的系统研究较少.因此，本文对木棉、香蒲绒、竹浆、木浆以及苇浆5种纤维素粉末的形态结构及物理特性进行分析，为纤维素粉末应用提供参考依据.

1 试 验

1.1 试样

本文研究的纤维素粉末包括木棉、香蒲绒、竹浆、木浆和苇浆纤维素粉末，均由同一企业加工，通过粉碎机机械粉碎作用制得.使用标准筛网测得5种纤维素粉末粒径均小于75μm，标准筛网孔径为75μm（200目）.

1.2 测试仪器及方法

1.2.1 形态结构测试

纤维素粉末形态结构分析采用JSM－5600LV型扫描电子显微镜（SEM）进行观察.

1.2.2 回潮率测试

试验仪器：电子分析天平、Y802K型快速八篮恒温烘箱.

测试依据：GB/T 9995—1997纺织材料含水率和回潮率的测定——烘箱干燥法.

试验方法：采用烘箱干燥法，称取质量为5g的粉末置于容器中，当箱内温度达到107℃时，将容器置于烘箱内，烘干至恒定质量，称取此时样品的质量，根据烘干前后样品的质量变化，计算纤维素粉末回潮率.试验进行10次取平均值.

1.2.3 热性能测试仪器及方法

热重（TG）分析采用STA409PC型热重分析仪，在N2氛围下，升温速率为10℃/mim，升温区间为100～600℃.通过热重分析可得纤维素粉末的起始降解温度，即TG曲线前水平处作切线与曲线拐点处作切线的相交点.

2 结果与讨论

2.1 形态结构

5种纤维素粉末形态结构如图1～5所示.从图1～4可以看出，木棉纤维素粉末纵向光滑，粉末截面呈被压扁的空腔状；香蒲绒纤维素粉末纵向呈条带状，正反面依次出现间隔相同的横膜，粉末表面较为粗糙，可明显观察到纤维表面薄膜有划擦破痕；竹浆纤维素粉末纵向呈不均匀凹凸状，该纤维素粉末经亚硫酸盐处理，亚硫酸盐的分离作用使竹浆纤维素粉末表面天然沟槽被破坏；木浆纤维素粉末的细胞壁外层逐层剥离，主要原因是木浆纤维表层与内层的干燥收缩率不同.文献［13－14］表明，木浆纤维经多次回用后，纤维细胞壁各部分、各方向上会出现裂隙，纤维内部出现孔洞，可知本试验采用的木浆纤维素粉末为经过多次回用的木浆纤维制成.由图5可知，苇浆纤维素粉末集合体中除主体纤维素粉末外，还含有大量粉末碎屑，纤维表面由于受化学试剂作用呈现不规则纹路.这表明，5种纤维受机械打击后制得的纤维素粉末断面均呈不规则状，且纤维表面均有不同程度的损伤，但保留了大部分相应纤维的形态特征.

2.2 回潮率

对5种纤维素粉末回潮率进行测试，试验结果如图6所示.从图6可以看出，木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆5种纤维素粉末在标准状态下回潮率分别为11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%.

图6 5种纤维素粉末回潮率Fig.6 Moisture regains of five cellulose powders

木棉纤维回潮率为10.00%～10.73%［15］，香蒲绒纤维回潮率为7.57%［16］，纤维素粉末的回潮率较这两种原纤维的回潮率略有不同程度的提高，原因可能是纤维经机械打碎后，更多截面暴露在外，导致纤维素粉末较单纤维与外界环境接触面积更多，从而使纤维素粉末回潮率略高于其相应纤维的回潮率.竹浆纤维素粉末的回潮率为9.2%，低于竹浆纤维回潮率12%［17］，由于本文采用的竹浆纤维素粉末为亚硫酸盐半漂浆，亚硫酸盐具有较好的脱除木质素效果和分离作用，而木质素是一种复杂的、非结晶性的、三维网状酚类高分子聚合物，脱除后会使纤维素粉末吸湿性能降低.亚硫酸盐的分离作用使竹浆纤维素粉末表面天然沟槽被破坏，加之机械打碎作用，导致其回潮率略有降低.关于木浆纤维回潮率的研究较少，其回潮率为9%～13%，且工艺、回用次数不同对其回潮率有较大影响.此外，苇浆纤维素粉末回潮率与竹浆纤维素粉末回潮率较为接近，对苇浆纤维回潮率的研究未见报道.

将以上5种纤维素粉末回潮率与天然纤维回潮率比较，发现其略低于亚麻（12%）和羊毛（15%）等天然纤维.

2.3 热性能

5种纤维素粉末的TG和微商热重（DTG）曲线如图7和8所示.

由图7和8可以看出，5种纤维素粉末起始降解温度均高于250℃.木棉、香蒲绒、竹浆、苇浆纤维素粉末的起始降解温度分别为285.5，264.9，326.2和307.5℃.木浆纤维素粉末降解包含主降解与次降解，主降解起始温度为309.1℃，次降解起始温度为451.9℃.香蒲绒纤维素粉末起始降解温度最低，之后依次为木棉、苇浆、木浆及竹浆纤维素粉末.起始降解温度是表征纤维热稳定性的重要指标，通过对比5种纤维素粉末起始降解温度可发现，香蒲绒纤维素粉末热稳定性最差，竹浆纤维素粉末热稳定性最好，木棉、苇浆及木浆纤维素粉末居中.

图7 5种纤维素粉末的TG曲线Fig.7 TG curves of five cellulose powders

图8 5种纤维素粉末的DTG曲线Fig.8 DTG curves of five cellulose powders

3 结 语

（1）利用扫描电镜观察了木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆5种纤维素粉末的形态结构，发现纤维素粉末断面均呈不规则状，经机械打击后纤维表面均有不同程度的损伤.

（2）木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆5种纤维素粉末在标准状态下回潮率分别为11.3%，10.5%，9.2%，11.6%和9.5%.

（3）木棉、香蒲绒、竹浆、木浆、苇浆5种纤维素粉末起始降解温度均高于250℃，香蒲绒纤维素粉末热稳定性较差，竹浆纤维素粉末热稳定性较好，木棉、苇浆及木浆纤维素粉末居中.

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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

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（11D10104）

程 莹（1987—），女，陕西西安人，硕士，研究方向为纺织材料与纺织品设计.E－mail：chengying＠mail.dhu.edu.cn

徐广标（联系人），男，副教授，E－mail：guangbiao＿xu＠dhu.edu.cn

1671－0444（2012）03－0272－04