纤维素酶在高得率浆纤维上的分布和扩散机制研究

The demand of fluff pulp and superabsorbent polymer are increasing with the increased disposable hygiene products consumption. The lack of fluff pulp in China and petroleum-based superabsorbent polymer have pushed the fiber-based superabsorbent materials. High-yield pulp fibers, with very high bulk and high yield green environmentally friendly abilities, are close the fluff pulp fiber properties. The key technology of fiber-based superabsorbent materials is how to improve the fiber absorbency and reactivity. A cellulose was found to improve the water absorbency rate and amount of high-yield pulp fiber-based superabsorbent material. This project will further investigate the diffusion mechanism of cellulose in the high-yield pulp fiber wall. The fluorescence labelled cellulase distribution will be characterized by a CLSM (Confocal laser scanning microscopy). The quantified cellulase diffusion will be determined by CLSM and ImageJ software analysis. A mathematical mode will be set based on the Fick’s second law. The cellulase carriers, such as CPAM (cationic polyacrylamide), PEI (Polyethylenimine), will be hired to strengthen the binding of cellulase on the fibers and penetrate the inner fiber walls. This study will pave the way for increasing the water absorbency and reactivity of fiber-based absorbent materials.

随着一次性卫生用品消费的不断攀升，作为原材料的绒毛浆和高吸水树脂的需求也在增加，国内绒毛浆的短缺和对石油基高吸水树脂的依赖是研究者和工业届寻求纤维基吸水材料的源动力。高得率浆纤维是接近绒毛浆纤维的一类高松厚度、高得率的环境友好型绿色纤维，如何提高纤维的吸水性能和反应性能是解决纤维基吸水材料开发的关键。本项目在前期发现纤维素酶提高纤维基吸水材料吸水性能的基础上，研究纤维素酶在高得率浆纤维上的分布、扩散行为机制，采用荧光标记的方法表征纤维素酶在高得率浆纤维上的分布，采用激光共聚焦显微镜和ImageJ软件定量分析纤维素酶在纤维上的扩散，根据菲克第二定律构建纤维素酶在高得率浆纤维上扩散的模型，研究纤维素酶的载体对纤维素酶在高得率浆纤维上的分布和扩散的调控，深层次地揭示纤维素酶在高得率浆纤维上的扩散行为和调控机理，为有效提高高得率浆纤维的吸水性能和反应性能奠定理论和技术基础。

生物酶在制浆造纸工业中的应用符合绿色化工、绿色制造的发展趋势，高得率浆是就具有环保、可持续发展的绿色纸浆，如何提高生物酶在高得率浆纤维素上的作用效率是造纸工业亟需解决的关键技术之一，研究生物酶在高得率浆上的分布和扩散行为为解决上述技术问题提供了理论基础。.纤维素酶提高吸水材料的吸水性能，当纤维素的用量为0.08 U/g时，其WAARV值可以达到116.29 g/g，未经纤维素酶处理的16.32 g/g提高了612.6 %。以0.04U/g的漆酶处理纤维后，凝胶的WAARV值为76.18g/g，未经漆酶处理的原纤维WAARV值为16.32g/g，提高了366.8%。随着漆酶加入量的增大，纤维的WAARV值增加维持在75g/g左右。用漆酶处理后，杨木BCTMP纤维表面的木素含量降低，部分微细纤维被暴露出来，使纤维表面的碳水化合物含量增大，更多的亲水性基团被暴露出来，进而提高纤维的吸水润涨和保水能力。.超声波促进了纤维素酶的降解，由于超声波的作用使纤维初生壁和次生壁的S1层脱除，S2层的微纤维暴露，促进了纤维素酶的吸附以及增加了与纤维接触的深度，最后得到结构完全打开，柔韧度很高的纤维。在超声处理的最优条件下，纤维素酶用量为0.06 EGU/g，高得率竹浆单根纤维柔软度达到32.010×1014/(N·m2)，硫酸盐竹浆单根纤维柔软度达到21.611×1014/(N·m2)。.当纤维素酶用量为0.70 U/g时，硫酸盐竹浆所抄造的原纸的吸水量达到最大，为9.03 g/g。这是因为纤维素酶预处理竹浆纤维后，纤维微孔结构形成的毛细管吸收作用以及纤维素本身的羟基基团的增加有助于厨房用纸原纸较高的吸水性能。高得率浆在磨浆处理过后，纤维长度相对较短，纤维分丝帚化程度较差，因此纸页的吸水量相比硫酸盐浆要低的多。.当CNF的添加量为10%时，硫酸盐竹浆原纸的吸水速率提高了22.6%。随着原纸中CNF含量的增加，CNF填充在竹浆纤维网络的大孔隙中，纤维之间的三维网状结构更为紧密，原纸的孔径减小。同时CNF也与竹浆纤维形成更多的连接，抗张强度的增加即与此有关。另外这种紧密的三维网状结构进一步降低了成纸的孔径，使得毛细管作用增强，从而进一步提高了吸水性。