導(dǎo)語：如何才能寫好一篇纖維素纖維，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

蓮纖維的主要組成物質(zhì)是纖維素,蓮纖維在蓮稈內(nèi)呈螺旋狀排列,單纖維長(zhǎng)度很長(zhǎng),是天然纖維素長(zhǎng)絲。探索蓮纖維的制取方法,將為新型纖維的工業(yè)化生產(chǎn)提供可能。

關(guān)鍵詞:蓮纖維;纖維素;長(zhǎng)絲;形態(tài)結(jié)構(gòu);掃描電鏡;紅外光譜

Abstract: Cellulose is the main component of lotus fiber. In the lotus,the fiber is spirally arranged. The single lotus fiber is very long, and it is a natural cellulose filament. It will provide possibility for lotus fiber’s industrial production to explore the method of preparation lotus fiber.

Key words:Lotus Fiber;Cellulose;Filaments;Morphology;Scanning Electron Microscopy; Infrared Spectroscopy

1背景

紡織纖維材料在近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中,不僅在數(shù)量上有了巨大發(fā)展,而且在纖維品種、性能或功能上突飛猛進(jìn)。但是,纖維生產(chǎn)數(shù)量的增加,主要依賴化學(xué)纖維的生產(chǎn)量的增加,而化學(xué)纖維原料是來源于地球上石油、煤和天然氣等有限資源[1],這些有限的礦物資源的枯竭是可以預(yù)見的,為此,人們已經(jīng)嘗試開發(fā)了多種天然纖維[2]。

蠶絲是中國(guó)織造業(yè)應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)天然原材料,其細(xì)、長(zhǎng)、柔、爽、滑的特點(diǎn)為世人所稱贊,受此啟發(fā),人們采用化學(xué)方法生產(chǎn)化學(xué)長(zhǎng)絲。天然狀態(tài)下能否獲取與蠶絲相類似的優(yōu)質(zhì)天然紡織原料呢?筆者進(jìn)行了一些嘗試和探索。

在世界上存在的天然纖維中,蜘蛛絲長(zhǎng)期以來憑借其獨(dú)特的、兼具強(qiáng)度和韌性的性質(zhì),被認(rèn)為是一種奇特的纖維。較早的研究表明蜘蛛絲的強(qiáng)度高達(dá)1.75 GPa,斷裂伸長(zhǎng)達(dá)26%以上,它的韌性是芳香族纖維和工業(yè)纖維的3倍多。蜘蛛絲將會(huì)繼續(xù)引起科學(xué)家們的注意[3]。但是,蜘蛛絲具有黏性,自然獲取難度大,同時(shí),蜘蛛的人工飼養(yǎng)難度大。

人工生產(chǎn)蜘蛛絲也有難度。蜘蛛絲吐絲機(jī)理的研究尚須深入,這一機(jī)理非常復(fù)雜,需要科研人員協(xié)作攻關(guān)才可能完成[4]。

我們?cè)O(shè)想利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物進(jìn)行簡(jiǎn)單加工,開發(fā)可持續(xù)的新型纖維材料,在不增加環(huán)境污染的前提下,生產(chǎn)出可以加工和利用的纖維,這是我們的理想選擇。

蓮是被子植物中起源最早的種屬之一,分布很廣,南起海南島,北至黑龍江,東臨上海及臺(tái)灣,西至天山北麓。我國(guó)的蓮藕種植面積有近千萬畝,主要以收獲蓮藕和蓮子為主。大量荷稈,不是枯萎腐爛,就是被隨意扔棄,如果每畝荷稈重量按2.5噸計(jì)算,每年有上千萬噸荷稈被拋棄[5]。如果能夠?qū)@種天然的農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行科學(xué)合理的加工,成為一種新型纖維,將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖1是成片的蓮藕,圖2是荷塘內(nèi)干枯的蓮的莖稈。

圖1荷塘內(nèi)的成片的蓮藕

圖2荷塘內(nèi)的干枯蓮莖稈

2環(huán)境保護(hù)的要求

地球承擔(dān)了太多的負(fù)擔(dān),通過光合作用生產(chǎn)的各種有機(jī)天然材料,為我們的生活、生產(chǎn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ),我們要充分利用這類可再生的資源,減輕地球的負(fù)擔(dān)。參照蓮纖維及其制備方法與制品發(fā)明專利[6],可以采用幾種制取方法:人工方法抽取、機(jī)械制取、生物制取、化學(xué)方法制取、生物與化學(xué)方法相結(jié)合制取方法等。我嘗試用人工方法制取了鮮蓮莖稈的纖維,利用機(jī)械加工的方法制取了干態(tài)蓮稈中的纖維。為了避免環(huán)境污染,放棄了利用化學(xué)方法的制取工藝。

3蓮纖維的主要組成物質(zhì)

經(jīng)過紅外光譜測(cè)試,鮮莖稈人工抽取的纖維得到的紅外光譜圖,如圖3;干態(tài)機(jī)械加工制取的纖維得到的紅外光譜圖,如圖4,可以看出蓮纖維主要的組成物質(zhì)是纖維素。

圖3鮮態(tài)獲得的蓮纖維的紅外光譜圖

圖4干態(tài)獲得的蓮纖維的紅外光譜圖

4濕態(tài)蓮稈人工抽取蓮纖維

將鮮蓮稈折斷抽取蓮纖維,并將纖維并合、適當(dāng)加捻、干燥,即可以制得蓮纖維。這種方法制得的纖維,非常柔軟,自然狀態(tài)下具有天然的螺旋狀。如圖5是蓮的鮮莖稈;圖6是蓮的鮮莖稈斷面,從中容易看出絲狀體的出現(xiàn);圖7是人工抽取的蓮纖維,帶有明顯的天然的螺旋形;圖8下光學(xué)顯微鏡下的抽出纖維。

圖5蓮的鮮莖稈

圖6蓮的鮮莖稈斷面

圖7從鮮蓮莖稈中人工抽取的蓮纖維

圖8光學(xué)顯微鏡下抽取纖維的形態(tài)

纖維主要的組成物質(zhì)是并排平行的單纖維,可以根據(jù)需要將纖維組合成不同的粗細(xì),但是,抽取的加工全靠人工進(jìn)行,勞動(dòng)量大,纖維的產(chǎn)量低。

5干態(tài)蓮稈機(jī)械方法制取蓮纖維

切取干燥蓮稈的長(zhǎng)度,經(jīng)過機(jī)械的擠壓揉搓,將蓮稈內(nèi)的纖維與較粗硬的雜質(zhì)分離的加工方法。這種加工方法簡(jiǎn)單,成本較低,但是纖維中的雜質(zhì)較多,明顯與麻類纖維相類似,纖維細(xì)度粗,雜質(zhì)多,手感硬,彎曲能力差。

干態(tài)機(jī)械加工的蓮纖維,是由多組纖維束依靠蓮莖稈內(nèi)的其他物質(zhì)連接在一起的,纖維硬挺,色澤棕白。纖維內(nèi)部的單纖維并未受到太多的牽伸,在纖維中往往會(huì)保持原來的螺旋狀態(tài)。

6蓮纖維的形態(tài)

蓮纖維是由多根纖維平行并列排放在一起,具有彈簧狀的圈狀螺旋。色澤潔白,抽取過程的外力會(huì)將這種螺旋破壞,纖維變成由幾根到十幾根單纖維組成的復(fù)絲,長(zhǎng)度很長(zhǎng),主要根據(jù)蓮莖稈的長(zhǎng)度決定纖維的長(zhǎng)度,單纖維的纖維截面是圓形或橢圓形的實(shí)心體,單纖維的縱向粗細(xì)較一致,但有橫向連接的締合組織或微細(xì)纖維,細(xì)度為4μm左右。

圖9較為松散的蓮纖維掃描電鏡照片

圖10緊密黏結(jié)的蓮纖維縱向排列掃描電鏡照片[7]

圖9、圖10是蓮纖維的掃描電鏡照片,緊密黏結(jié)狀態(tài)和松散狀態(tài)下的掃描電鏡照片,圖10是蓮纖維單纖維之間的黏結(jié)狀態(tài)。單纖維依靠連接物質(zhì)將4到10根左右的單絲連接成一排,形成平行排列的竹排狀結(jié)構(gòu)。圖11是在蓮稈中原始狀態(tài)的蓮纖維,圖12是抽出的絲狀蓮纖維松弛后的纖維狀態(tài),從中可以看到部分纖維單絲恢復(fù)了在蓮稈中的原始狀態(tài)。

圖11在蓮稈中的蓮纖維形態(tài)

圖12松弛后的蓮纖維形態(tài)

7蓮纖維長(zhǎng)度的理論計(jì)算

設(shè)定蓮纖維在蓮稈內(nèi)的螺旋線狀排列為規(guī)則的螺旋狀態(tài)排列,則蓮纖維長(zhǎng)絲的單絲長(zhǎng)度計(jì)算公式就是:

L――為蓮纖維長(zhǎng)絲的理論長(zhǎng)度;

L0――蓮稈的長(zhǎng)度;

D――螺旋線直徑;

d――螺距;

∏――圓周率;

n――蓮纖維的單絲根數(shù)。

經(jīng)實(shí)測(cè):蓮纖維的螺旋線螺距d為0.005mm,螺旋線的直徑D為0.03mm,并排的單絲根數(shù)n為4~10根,取中間值7根,那么,L0為30cm長(zhǎng)的蓮稈中蓮纖維的長(zhǎng)度為:

蓮纖維單絲的長(zhǎng)度為861.43mm,可見蓮纖維是長(zhǎng)絲狀纖維。實(shí)際的蓮稈長(zhǎng)度經(jīng)常達(dá)到1m以上,可以獲取蓮纖維單絲的長(zhǎng)度將會(huì)更長(zhǎng)。

8結(jié)束語

蓮纖維是天然纖維素長(zhǎng)絲,長(zhǎng)度長(zhǎng),細(xì)度細(xì),具有紡紗需要的強(qiáng)韌性,是優(yōu)質(zhì)天然植物纖維素長(zhǎng)絲。探索蓮纖維的制取方法,如何能夠高效生產(chǎn)蓮纖維長(zhǎng)絲,將為新型纖維的工業(yè)化生產(chǎn)提供可能,將是今后蓮纖維生產(chǎn)的研究?jī)?nèi)容。

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篇2

本文主要介紹了再生纖維素纖維和棉纖維常用的3種定量分析方法，即手工分離法、纖維投影分析法、化學(xué)分析法，并詳細(xì)分析了3種方法的特點(diǎn)和應(yīng)用局限。

關(guān)鍵詞：紡織品定量分析；再生纖維素纖維/棉；纖維投影法；手工分離法；化學(xué)溶解法

新型再生纖維素纖維屬于綠色無污染的新型纖維，有著良好的物理化學(xué)等性能，特別引人注目的是Model、Tencel、麗賽等新一代再生纖維素纖維，這類纖維既保持了一般纖維素纖維吸濕、透氣、柔軟、舒適的特點(diǎn)，又克服了天然纖維素纖維和傳統(tǒng)再生纖維素纖維生產(chǎn)和使用中的諸多缺點(diǎn)，同時(shí)具有一些新性能，因此越來越受到消費(fèi)者的青睞。市場(chǎng)上再生纖維素纖維與棉的混紡產(chǎn)品居多，由于再生纖維素纖維和棉纖維的相似化學(xué)成分，加上新的染整助劑的加入，使得對(duì)其定量分析存在困難和不準(zhǔn)確性，因此相關(guān)的鑒別方法日益受到重視，目前常用的有手工分離法、顯微鏡投影法以及化學(xué)分析法[1]。

1 手工分離法

手工分離法應(yīng)用于多組分混紡紗中纖維的鑒別，通過紗線退捻等手段，將肉眼可見到的多組分紗線剝離出來[2]，進(jìn)而對(duì)混紡紗中的不同組分進(jìn)行定量分析。

取完整組織結(jié)構(gòu)的試樣1g左右，共兩份。用手或借助鑷子等工具將試樣中的纖維完整分離開，分別放在稱量盒中。完全分離的試樣參照平衡法或烘干法進(jìn)行定重：平衡法參照GB 6529―1998《紡織品的調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》將試樣調(diào)濕到吸濕平衡后再稱量定重；烘干法即將試樣放入（105±3）℃的烘箱中進(jìn)行干燥直至質(zhì)量恒定，放入干燥器中冷卻后稱重。

試驗(yàn)結(jié)果帶入公式（1）和（2）或（3）和（4）中，計(jì)算得到不同組分纖維的百分含量。

平衡法：

（1）

（2）

式中：Pi'――第i組分纖維平衡含量百分率，%；

mi'――第i組分纖維平衡質(zhì)量，g；

n――多組分纖維的組分?jǐn)?shù)。

烘干法：

（3）

（4）

式中：Pi ――第i組分在公定回潮率下的質(zhì)量百分率，%；

Pn――第n組分在公定回潮率下的質(zhì)量百分率，%；

mi ――第i組分干燥質(zhì)量，g；

ai――第i組分的公定回潮率，%。

2 纖維投影分析法

纖維投影法即將試樣放在纖維鏡下，通過計(jì)數(shù)一定面積內(nèi)纖維根數(shù)，得到具有不同外觀特點(diǎn)的纖維所占的比例。此方法同F(xiàn)Z/T 30003―2000《麻棉混紡產(chǎn)品定量分析方法》[3-4]。

將制好的棉/再生纖維混紡紗的纖維縱向載玻片放在顯微投影儀的載物臺(tái)上，根據(jù)棉與再生纖維的縱向結(jié)構(gòu)和表面特征邊觀察識(shí)別纖維，并分別以計(jì)數(shù)器計(jì)算棉和再生纖維素纖維的個(gè)數(shù)。當(dāng)載玻片上一個(gè)橫列數(shù)完后，將計(jì)數(shù)器下移1mm～2mm，從下一行的反向計(jì)數(shù)，以此類推數(shù)完試樣上所有的纖維根數(shù)。若纖維根數(shù)不足1000，則需要重新制樣再次計(jì)數(shù)。

計(jì)數(shù)結(jié)果帶入下述公式（5）和（6）換算得到不同纖維的質(zhì)量百分比例：

（5）

（6）

式中：X1――再生纖維素纖維的質(zhì)量含量百分比例，%；

n1――再生纖維素纖維的計(jì)數(shù)根數(shù)，根；

d1――再生纖維素纖維的直徑，μm；

r1――再生纖維素纖維的密度，g/cm3；

X2――棉纖維含量的質(zhì)量百分比例，%；

d2――棉纖維的直徑，μm；

r2――棉纖維的密度，g/cm3。

3 化學(xué)分析法

目前我國(guó)棉/再生纖維素纖維混紡織物定量分析的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)主要有 GB/T 2910.5―2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第5部分：粘膠纖維、銅氨纖維或莫代爾纖維與棉的混合物（鋅酸鈉法）》和GB/T 2910.6―2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第6部分：粘膠纖維、某些銅氨纖維、莫代爾纖維或萊賽爾纖維與棉的混合物（甲酸/氯化鋅法）》。其中鋅酸鈉法的試劑配制比甲酸/氯化鋅法復(fù)雜，甲酸/氯化鋅法適用范圍較廣。檢測(cè)方法還包括AATCC20A：2007《紡織品纖維定量分析》和JISL1031.2-2005 《纖維制品的混用率試驗(yàn)方法》等。

由于再生纖維素纖維都是由纖維素組成的，與天然棉纖維的化學(xué)性質(zhì)具有一定共性，在溶解再生纖維素纖維的同時(shí)棉也會(huì)受到一定損傷，或者棉的絲光處理破壞了棉纖維結(jié)構(gòu)，溶解時(shí)棉發(fā)生了部分降解。因此實(shí)際檢測(cè)工作中經(jīng)常出現(xiàn)溶解殘留物呈糊狀，甚至?xí)氯釄澹y以操作，也給日常檢測(cè)工作帶來很大困難。同時(shí)現(xiàn)代先進(jìn)工藝的運(yùn)用，例如一些染色的處理和助劑的添加，使再生纖維素纖維的溶解性能下降，原來的可溶纖維沒有得到充分溶解，所以常造成測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。因此對(duì)棉/纖維素纖維混紡織物的鑒別需要進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

3.1 試樣的預(yù)處理

GB/T 2910.6―2009《紡織品定量化學(xué)分析第6部分：粘膠或銅氨纖維或莫代爾纖維或萊賽爾纖維與棉纖維混合物（甲酸/氯化鋅法）》中明確規(guī)定：當(dāng)混合物中的粘膠纖維、銅氨纖維、萊賽爾纖維或莫代爾纖維中存在活性染料，致使這些纖維不能完全溶解時(shí)，不適用本標(biāo)準(zhǔn)。所以在棉與再生纖維素纖維混紡深色面料的定量分析中，織物上染料的含量會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度造成影響。所以針對(duì)這種情況劉艷[5]通過正交試驗(yàn)法得出用次氯酸鈉加保險(xiǎn)粉混合液褪色法，彌補(bǔ)了單獨(dú)使用次氯酸鈉法和單獨(dú)使用保險(xiǎn)粉法褪色的不足，對(duì)染料的剝離率較高。找到了再生纖維素纖維與棉混紡產(chǎn)品的定量分析中脫色方法的最佳試驗(yàn)條件。

3.2 化學(xué)溶解試劑的選擇

化學(xué)分析法中最常用的是溶解法，實(shí)驗(yàn)室一般以采用甲酸氯化鋅法[6]的居多，但該方法也存在一些弊端，甲酸和氯化鋅的濃度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著，主要的原因是由于甲酸的揮發(fā)性導(dǎo)致甲酸的濃度與標(biāo)簽上的不一致，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差，這就需要在配制時(shí)先對(duì)甲酸的濃度進(jìn)行標(biāo)定，以確保配制出的溶液不會(huì)出現(xiàn)濃度偏差。另外一個(gè)原因是由于氯化鋅的吸水性較強(qiáng)，氯化鋅極易受潮，使用的氯化鋅若受潮便會(huì)導(dǎo)致配制的溶液濃度出現(xiàn)偏差。另外，甲酸氯化鋅溶液對(duì)人體有一定的傷害，而且定量分析時(shí)耗時(shí)2.5小時(shí)，時(shí)間比較長(zhǎng)，使用時(shí)一定要做好防護(hù)措施[7]。該方法中規(guī)定，對(duì)于溶解溫度的高低由再生纖維素纖維是否是高濕模量纖維來確定，但是在纖維的定性過程中，很難直接確定再生纖維素纖維是否高濕模量纖維，所以溶解溫度高低的確定還是要在定量的過程中進(jìn)行再次確定。而且在檢測(cè)過程中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，樣品中并不是只含有一種再生纖維素纖維，而是粘纖、莫代爾纖維、萊賽爾纖維等多種纖維素纖維同時(shí)存在，在這種情況下，溶解溫度的確定更應(yīng)該在溶解的過程中去再次確定。另外，在樣品是織物的時(shí)候，需要把織物拆成紗線以后剪成小段（盡可能地短），以便纖維與溶劑的接觸面積盡可能增大，使再生纖維素纖維充分溶解。

3.3 不同化學(xué)分析方法的比較

對(duì)于棉/再生纖維素纖維的定量分析，不同的標(biāo)準(zhǔn)采用的方法不同：

在AATCC20A：2007《紡織品纖維定量分析》中，使用59.5%的硫酸作為溶劑，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該方法在溶解棉與莫代爾纖維混紡產(chǎn)品的過程中，殘留物中莫代爾纖維溶解干凈。但是在溶解棉與萊賽爾混紡產(chǎn)品的過程中殘留物中含有未溶解的萊賽爾纖維，試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)纖維粘結(jié)等情況。說明該方法對(duì)棉與莫代爾纖維混紡產(chǎn)品比較適用，對(duì)棉與萊賽爾纖維混紡產(chǎn)品的定量還有待進(jìn)一步進(jìn)行大量的試驗(yàn)去確定合適的步驟與方法。

在JISL1031.2-2005 《纖維制品的混用率試驗(yàn)方法》中，使用37%的鹽酸作為溶劑，在25℃的水浴中持續(xù)振蕩25分鐘，把再生纖維素溶解。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過該方法檢測(cè)溶解的殘留物中，通過顯微鏡觀察再生纖維素纖維溶解干凈，結(jié)果比較準(zhǔn)確，該方法對(duì)棉與再生纖維素混紡產(chǎn)品的定量比較適用，而且方法較為簡(jiǎn)便。此方法與甲酸氯化鋅相比，溶解時(shí)間的控制需要控制準(zhǔn)確，若時(shí)間短，纖維溶解不完全；若時(shí)間超過，棉纖維又會(huì)容易損失。所以，在該方法中37%的鹽酸的濃度、溶解時(shí)間和溫度對(duì)結(jié)果的影響比較明顯。因此在試驗(yàn)中必須規(guī)范每一步操作。

除了上述幾種定量分析方法之外，還有其他的分析方法，李燕華、唐莉純等人[8]研究的NMMO法，以無水乙醇改性的NMMO水合物為溶劑，建立了一種溶解法，在含水率為15%的NMMO水溶液中，加入無水乙醇以改善溶液的結(jié)晶性能，以此為溶劑，測(cè)定棉與再生纖維素纖維混紡產(chǎn)品的含量。這種方法適用于除天絲外的所有已知再生纖維素纖維與棉的混紡產(chǎn)品。該方法中的核心要素N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）是一種新型環(huán)保溶劑，符合保護(hù)環(huán)境的要求。此外，F(xiàn)Z/T 01101―2009《紡織品纖維含量的測(cè)定 物理法》也是一種檢測(cè)中常用方法。物理法對(duì)一些常規(guī)的纖維檢測(cè)時(shí)結(jié)果比較準(zhǔn)確，如果同一種纖維由于生產(chǎn)工藝的不同，導(dǎo)致外觀形態(tài)，包括纖維的橫截面與縱截面不盡相同時(shí)會(huì)出現(xiàn)結(jié)果不準(zhǔn)，且物理法人工效率較低，操作過程復(fù)雜。

4 結(jié)語

混紡纖維中對(duì)于不同組分纖維的鑒別常見的有手工分離法、顯微鏡投影法和化學(xué)分析法。3種方法各有其特點(diǎn)：手工分離法方法簡(jiǎn)單，但一般用于包纏紗、交織織物、機(jī)織物等易于拆紗且可以明確分別出不同組分纖維的情況；顯微鏡投影法實(shí)施和計(jì)算都較為復(fù)雜，且精度不高，一般用于其他方法不能鑒別的情況（棉/麻織物常用）；化學(xué)分析法應(yīng)用范圍廣，可以鑒別大部分混紡織物中的纖維含量，但實(shí)施周期較長(zhǎng)（一般1～2天），且長(zhǎng)期接觸化學(xué)試劑也會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生威脅。

對(duì)于再生纖維素纖維/棉混紡織物中成分的定量分析目前以化學(xué)分析法為主，但是由于再生纖維素纖維和棉成分的共性給其定量鑒別帶來了困難。目前改善方法主要集中于試樣的預(yù)處理，溶劑的選擇；但是也有文獻(xiàn)提出，同時(shí)利用多種鑒別方法將更科學(xué)，效率更高：如手工分離和化學(xué)溶解法綜合鑒別，先通過手工鑒別將易于分離的纖維分離出，再利用化學(xué)試劑溶解不易肉眼分別的組分。

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[7] 黃健. 棉與再生纖維素纖維混紡產(chǎn)品定量分析的探討[J]. 中國(guó)纖檢，2010，（22）：52-54.

篇3

關(guān)鍵詞：纖維素纖維；抗?jié)B性能；抗凍性能；抗裂性能；耐久性

中圖分類號(hào)：U444文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：

1672-1683（2015）001-0096-03

Research on durability of High-strength cellulose fiber reinforced concrete

LIU Jie1，ZHANG Jian-feng2，PENG Shang-shi2，XIAO Kai-tao2

（1.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing 100038，China；2.Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Abstract：Efect of cellulose fiber on permeability resistance，freeze-thaw resistance，and early cracking resitance of high-strength concrete was investigated in this paper.The experimental results indicate that permeability resistance are improved and inhibited because of the addition of cellulose fiber.The freeze-thaw resistance was scarcely changed，but the plastic cracks of the concrete during the early period are inhabited which mean that freeze-thaw resistance are improved.When the water-cement ratio is the same，there are almost no changes on concrete durability of different the largest particle size of aggregate.

Key words：cellulose fiber；permeability resistance；freeze-thaw resistance；cracking resitance；durability

1概述

南水北調(diào)是優(yōu)化我國(guó)水資源配置，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程。大型輸水渡槽作為關(guān)鍵的控制性工程，其結(jié)構(gòu)不僅要有足夠的強(qiáng)度和承載力，還應(yīng)具有良好的抗裂、抗?jié)B和抗凍等耐久性能。南水北調(diào)中線湍河渡槽作為世界上最大的U型輸水渡槽工程，其對(duì)渡槽混凝土的耐久性能要求更高。但高強(qiáng)混凝土由于水泥用量大，水膠比低，使得混凝土的溫度收縮和自收縮大[1-2]，這將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)極易開裂。混凝土一旦出現(xiàn)裂縫，就會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的完整性，降低混凝土的耐久性[3]。

纖維素纖維作為一種新型的工程用纖維，與傳統(tǒng)的聚丙烯等合成纖維相比，其直徑和比表面積更小，因此其與水泥漿體的黏結(jié)力更強(qiáng)；此外纖維素纖維作為一種木質(zhì)纖維，本身就具備極好的親水性，在新拌混凝土中能夠吸附一部分自由水，而且纖維基體內(nèi)部有天然空腔，能夠儲(chǔ)存一定量的自由水，在水泥水化的過程中，這兩部分水分會(huì)緩慢釋放，促進(jìn)水泥繼續(xù)水化，補(bǔ)償混凝土的收縮[4]；此外纖維素纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量也比傳統(tǒng)的合成纖維更大。本文結(jié)合南水北調(diào)中線干線湍河渡槽工程，研究摻纖維素纖維高強(qiáng)混凝土的抗?jié)B、抗凍和抗裂等耐久性能，以為摻纖維素纖維高強(qiáng)混凝土更廣泛應(yīng)用提供一定的技術(shù)依據(jù)。

2原材料及配合比

2.1原材料

試驗(yàn)水泥采用中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)鄧州中聯(lián)水泥公司生產(chǎn)的“中聯(lián)”牌42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理性能試驗(yàn)結(jié)果見表1；粉煤灰為河南鴨河口粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的I級(jí)粉煤灰，粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果見表2；細(xì)骨料為天然砂，取自湍河渡槽工程施工現(xiàn)場(chǎng)張坡砂場(chǎng)，粗骨料為人工碎石，取自鄂溝西石料場(chǎng)；外加劑采用上海馬貝建筑材料有限公司生產(chǎn)的SP-1聚羧酸減水劑和PT-C1引氣劑。

試驗(yàn)采用上海羅洋新材料科技有限公司生產(chǎn)的UF500纖維素纖維。纖維性能檢測(cè)結(jié)果見表3。

2.2配合比

混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，水膠比為0.30，二級(jí)配混

表1水泥的物理性能

表2粉煤灰品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果

表3纖維檢測(cè)結(jié)果

凝土骨料組合選擇為中石∶小石=55∶45，由于渡槽的配筋密集，鋼筋間距較小，為了更好的滿足現(xiàn)場(chǎng)澆筑要求，因此還選擇骨料最大粒徑為30 mm和25 mm的配合比，骨料最大粒徑為30 mm或25 mm時(shí)，中石∶小石=50∶50，具體配合比見表4。

表4混凝土配合比

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1纖維素纖維對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

不同配合比的混凝土抗壓強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度、極限拉伸值和拉壓比結(jié)果見表5。從表中可知，摻入纖維素纖維后，抗壓強(qiáng)度基本無明顯變化，7 d軸拉強(qiáng)度則提高了7%，28 d軸拉強(qiáng)度則提高了4%，7d極限拉伸值基本相同，28 d極限拉伸值則提高了10%；7 d拉壓比提高了8%，28 d拉壓比僅提高了3%；隨著骨料最大粒徑的降低，28 d齡期的拉壓比也有降低的趨勢(shì)。實(shí)際上拉壓比和極限拉伸值在一定程度上表征了混凝土的抗裂性能，一般認(rèn)為極限拉伸值和拉壓比越大，混凝土的抗裂性能越好，而摻入纖維素纖維的混凝土拉壓比和極限拉伸值都有一定的增加，說明纖維素纖維對(duì)提升混凝土抗裂性能是有利的。

表5混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2纖維素纖維對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

混凝土28 d齡期的抗?jié)B性能部分試驗(yàn)結(jié)果見表6。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入纖維素纖維后，混凝土的滲水高度和相對(duì)滲透系數(shù)都有一定程度的降低，滲水高度降低了20%，相對(duì)滲透系數(shù)降低了約36%，降低幅度并不是很大主要是由于高強(qiáng)混凝土膠凝材料用量大，本身就比較密實(shí)。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗?jié)B性差別不大，其中最大粒徑為20 mm的混凝土抗?jié)B性最好。

由此可見，摻入纖維素纖維可以明顯改善高強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能，這主要是因?yàn)槔w維的摻入增加了拌和料的剛性，減少集料沉降，減少了泌水通道的形成，增加了流體由泌水通道進(jìn)入混凝土內(nèi)部的難度[5]；此外，纖維還能限制混凝土基體收縮，阻止微裂縫的形成與擴(kuò)展，并且還能改善孔結(jié)構(gòu)，增加混凝土基體的密實(shí)程度，從而提高其抗?jié)B透能力[6]。而且纖維素纖維內(nèi)部特有的天然空腔，能夠儲(chǔ)存一定量的自由

表6混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果

水，在水泥水化的過程中，這兩部分水分會(huì)緩慢釋放，促進(jìn)水泥繼續(xù)水化，補(bǔ)償混凝土的收縮。N.Banthial等人[7]系統(tǒng)研究了混凝土試件在不受壓力荷載、受不同壓力荷載作用下，纖維素纖維對(duì)混凝土的抗?jié)B性能的影 響。其研究結(jié)果表明：在不受壓力荷載作用下，纖維素纖維的摻入能夠明顯降低混凝土的滲透性能；在受壓力荷載作用下，當(dāng)壓力 從0增加到0.3（為試件的抗壓強(qiáng)度）時(shí)，素混凝土與纖維素纖維混凝土的滲透性都明顯降低；隨著壓力的增加并超過一臨界值時(shí)，素混凝 土的滲透性快速明顯增加，纖維素纖維混凝土的滲透性雖然也增加，但是其抗?jié)B性還是要優(yōu)于 相應(yīng)不加壓力荷載的情況 。

3.3纖維素纖維對(duì)混凝土抗凍性能的影響

混凝土28 d齡期的抗凍性能部分試驗(yàn)結(jié)果見表7。試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的質(zhì)量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大，相對(duì)動(dòng)彈模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低，摻入纖維素纖維后，混凝土的質(zhì)量損失率和相對(duì)動(dòng)彈模量基本沒有變化，說明在凍融循環(huán)初期，尤其是200次循環(huán)前，纖維素纖維對(duì)改善混凝土抗凍性能的作用并不顯著，這是因?yàn)樵缙诨炷恋某跏既毕輰?duì)其抗凍性能的影響要比纖維明顯。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗凍性差別不大。

表7混凝土抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果

3.4纖維素纖維對(duì)混凝土抗裂性能的影響

混凝土抗裂性的平板試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法最早由日本大學(xué)笠井芳夫（Yoshio KASAI，1976年）和美國(guó)圣約瑟（San Jose）州立大學(xué)的kraai（1985年）提出[8]，此后平板試驗(yàn)裝置的尺寸有所變化。在對(duì)混凝土因塑性收縮和干燥收縮而引起開裂問題的研究中，美國(guó)密西根州立大學(xué)Parviz Soroushian等人采用了一種彎起波浪形薄鋼板提供約束的平板式試驗(yàn)裝置。此方法也被ICC-ES推薦為檢測(cè)合成纖維混凝土抗裂性能的標(biāo)準(zhǔn)方法（AC 32-2003）。

混凝土平板法抗裂試件的試驗(yàn)結(jié)果見表8，平板法試件

表8混凝土平板法抗裂試驗(yàn)結(jié)果

的開裂參數(shù)見表9。

表9混凝土平板法試件的開裂參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入纖維素纖維后，混凝土的開裂時(shí)間延后了40 min，最大裂縫寬度減小達(dá)60%以上，平均開裂面積減少70%，單位面積的裂縫數(shù)目減少50%，單位面積的開裂面積降低更是降低85%，抗裂等級(jí)也明顯提升，這說明可有效抑制混凝土早期塑性收縮，提高混凝土的抗裂性能。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗裂性能之間相差較小。一方面這是因?yàn)榇嬖谟诨炷帘韺拥睦w維阻止了表面水分的遷移，從而降低了毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力；另一方面數(shù)量眾多的纖維在混凝土中形成了三維亂向分布，纖維與水泥基之間的界面黏結(jié)力、機(jī)械咬合力等增加了混凝土塑性和硬化初期的抗拉強(qiáng)度[10]，從而有效地抑制早期收縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

4結(jié)論

（1）纖維素纖維的混凝土拉壓比和極限拉伸值都有一定的增加，其中極限拉伸值的增加幅度較大，可達(dá)到10%；抗?jié)B性能也能得到明顯改善，滲水高度降低了20%，相對(duì)滲透系數(shù)降低了約36%，但對(duì)混凝土早期抗凍性能的作用不明顯。

（2）纖維素纖維能推遲混凝土開裂時(shí)間、減少開裂面積和裂縫數(shù)目，有效抑制混凝土早期塑性收縮，提高混凝土的抗裂性能。

（3）相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土對(duì)混凝土力學(xué)性能、抗?jié)B性能、抗凍性能和抗裂性能影響較小。

參考文獻(xiàn)：

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篇4

通過改變?cè)”取⒄袷庮l率、溶解時(shí)間，探索用75%硫酸溶解纖維素纖維與聚酯纖維混合物的定量新方法，從而達(dá)到降低試劑消耗，減少污染排放，提高檢測(cè)效率的目的。

關(guān)鍵詞：纖維素纖維；聚酯纖維；定量分析；75%硫酸法；浴比；振蕩頻率；溶解時(shí)間

纖維素纖維與聚酯纖維混紡織物在服裝面料中占有較大的比例。對(duì)這類混紡產(chǎn)品的化學(xué)定量分析，是按照GB/T 2910.11—2009《紡織品 定量化學(xué)分析 第11部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）》[1]來進(jìn)行的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：在（50±5）℃、75%硫酸溶液中，聚酯纖維不會(huì)溶解（d值為1），因而所得的檢測(cè)結(jié)果相當(dāng)穩(wěn)定。但我們?cè)跈z測(cè)中發(fā)現(xiàn)，這一方法也存在著一些不足：采用的浴比過大，試劑消耗較大；時(shí)間較長(zhǎng)（1h），效率較低。通常，在試劑確定的情況下，影響試驗(yàn)的主要因素有4個(gè)，即溶解溫度、浴比、振蕩頻率、溶解時(shí)間。因而，我們?cè)噲D通過改變其中的一些試驗(yàn)條件，以便降低試劑消耗，縮短溶解時(shí)間，提高定量分析的效率。

本文對(duì)改進(jìn)后條件下與GB/T 2910.11—2009標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試劑與儀器

主要試劑：濃硫酸（密度為1.84g/mL），氨水（密度為0.880g/mL），石油醚（餾程為40℃～60℃）。

主要儀器：分析天平（精度0.0002克或以上），索氏萃取器，恒溫水浴鍋，真空抽吸排液泵，玻璃砂芯坩堝，恒溫烘箱，干燥器，250 mL具塞三角燒瓶，500 mL具塞三角燒瓶。

1.2 試劑配制

硫酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%）：將700mL濃硫酸（密度為1.84g/mL）小心地加入到350mL水中，溶液冷卻至室溫后，再加水至1L。硫酸溶液濃度范圍在73%～75%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）之間。

稀氨水溶液：取80mL濃氨水（密度為0.880g/mL），用水稀釋至1L。

1.3 試樣預(yù)處理 [2]

取試樣5g左右，將樣品放在索氏萃取器內(nèi)，用石油醚萃取1h，每小時(shí)至少循環(huán)6次。待樣品中的石油醚揮發(fā)后，把樣品浸入冷水中浸泡1h，再在（65±5）℃的水中浸泡1h。兩種情況下浴比均為1：100，不時(shí)地?cái)嚢枞芤海瑪D干，抽濾，或離心脫水，以除去樣品中的多余水分，然后自然干燥樣品。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原理

用硫酸把纖維素纖維從已知干燥質(zhì)量的混合物中溶解去除，收集殘留物，清洗、烘干和稱量；用修正后的質(zhì)量計(jì)算其占混合物干燥質(zhì)量的百分率。由差值得出纖維素纖維的百分含量。

2.2 試樣準(zhǔn)備

從預(yù)處理過的試驗(yàn)樣品中取樣，每個(gè)試樣約1g。將紗線或者分散的布樣剪成10mm左右長(zhǎng)。把稱量瓶里的試樣烘干，在干燥器內(nèi)冷卻，然后稱量。再將此試樣移到具塞三角燒瓶中，立即將稱量瓶再次稱重，從差值中求出該試樣的干燥質(zhì)量。

2.3 試驗(yàn)方法

方法一：按照GB/T 2910.11—2009標(biāo)準(zhǔn)，把準(zhǔn)備好的試樣放入500 mL具塞三角燒瓶中，每克試樣加入200 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的硫酸溶液，塞上玻璃塞，搖動(dòng)燒瓶將試樣充分潤(rùn)濕后，將燒瓶保持（50±5）℃放置1h，每隔10min搖動(dòng)一次。

方法二：把準(zhǔn)備好的試樣放入250mL具塞三角燒瓶中，每克試樣加入100 mL75%的硫酸溶液，塞上玻璃塞，搖動(dòng)燒瓶將試樣充分潤(rùn)濕后，將燒瓶放入（50±5）℃的恒溫水浴鍋中振蕩30min，振蕩頻率為60次/min。

將方法一、方法二的殘留物分別過濾到玻璃砂芯坩堝，真空抽吸排液，再加少量硫酸清洗燒瓶。真空抽吸排液，加入新的硫酸溶液至坩堝中清洗殘留物，重力排液至少1min后再用真空抽吸。冷水連續(xù)洗滌若干次，稀氨水溶液中和兩次，再用冷水洗滌。每次洗滌先重力排液再抽吸排液。將坩堝和殘留物烘干，冷卻，稱重。最后用顯微鏡觀察殘留物，檢查是否已將可溶纖維完全去除。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 結(jié)果計(jì)算

按GB/T 2910.1—2009 中的10.2，以凈干質(zhì)量為基礎(chǔ)的計(jì)算方法如下：

P2=100-P1

式中：P1——不溶組分凈干質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

P2——溶解組分凈干質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

m0——試樣的干燥質(zhì)量，g；

m1——?dú)埩粑锏母稍镔|(zhì)量，g；

d——不溶組分的質(zhì)量變化修正系數(shù)。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

按照方法一、方法二，對(duì)12塊樣品進(jìn)行定量試驗(yàn)，結(jié)果如表1。

通過表1可以看出，對(duì)同一樣品，采用方法一、方法二溶解后，所得的纖維素纖維含量結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論

（1）試驗(yàn)表明，采用方法二，將每克試樣加入100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%硫酸，在（50±5）℃恒溫水浴鍋中振蕩30min，振蕩頻率為60次/min這一方法，對(duì)纖維素纖維與聚酯纖維這類混紡產(chǎn)品進(jìn)行定量化學(xué)分析，是完全可行的。

（2）相對(duì)于GB/T 2910.11—2009標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)方法，方法二通過改變?cè)”取⒄袷庮l率、溶解時(shí)間這些試驗(yàn)因素，不僅可以降低試劑的消耗量，減少污染的排放，同時(shí)可以大大縮短試驗(yàn)所需的時(shí)間，提高定量分析的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T 2910.11—2009 紡織品 定量化學(xué)分析 第11部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）[S].

篇5

摘要：沙河渡槽是南水北調(diào)中線保證通水與否的重要控制工程，是目前采用預(yù)制工藝的單體自重最大的薄壁預(yù)應(yīng)力輸水構(gòu)件，對(duì)構(gòu)件的抗裂和強(qiáng)度及耐久性存在極高的要求。纖維素纖維是新興的復(fù)合纖維，屬于低彈模級(jí)材料。可以大幅提高混凝土及砂漿的均質(zhì)性，有效抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫，同時(shí)改善混凝土的抗?jié)B性、抗凍融性及耐火性，最終達(dá)到提高混凝土的耐久性。通過現(xiàn)場(chǎng)在混凝土配合比中添加纖維素纖維的試驗(yàn)，驗(yàn)證纖維素纖維對(duì)于高強(qiáng)度混凝土性能的影響和改善，挑選適合沙河渡槽預(yù)制槽體混凝土的纖維素纖維以及摻量，達(dá)到滿足設(shè)計(jì)要求，保證沙河渡槽的工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：沙河渡槽；纖維素纖維；試驗(yàn)；混凝土性能；摻量；分析

中圖分類號(hào)：TV68；TV431.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1672-1683（2012）02-0145-05

Test Analysis of Cellulose Fiber in High-Strength Concrete of Shahe Aqueduct in the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project

WANG Bin

(Middle Route Project Construction Administration of Henan Straight CWRA,Zhengzhou 450046,China)

Abstract:The Shahe aqueduct is an important controlling engineering factor to ensure water running in the Middle Route of the South-to-North Water Diversion Project,and it is a thin-walled prestressed conveyance component using the prefabrication with the largest single unit weight,which has a high requirement for the crack resistance and durability of the component.The cellulose fiber is a new composite fiber and a material with low-elastic modulus.The cellulose fiber can increase the homogeneity of the concrete and mortar substantially,inhibit the plastic cracks and shrinkage cracks of the concrete during the early period,improve the impermeability,freeze-thaw resistance,and fire resistance of the concrete,and improve the durability of concrete ultimately.In this paper,the in-situ test of adding the cellulose fiber into the concrete is performed,which verifies the impact and improvement of the cellulose fiber on the performance of high-strength concrete.Additionally,the cellulose fiber and its content are determined to suit the prefabricated tank concrete of the Shahe aqueduct and to meet the design requirements in order to ensure the engineering quality of the Shahe aqueduct project.

Key words:Shahe aqueduct;cellulose fibers;test;performance of concrete;content；analysis

沙河渡槽是南水北調(diào)中線干線工程沙河南-黃河南的重要控制性工程，全長(zhǎng)11.938 km；其中明渠長(zhǎng)2.888 1 km，建筑物長(zhǎng)9.05 km。設(shè)計(jì)流量320 m3/s，加大流量380 m3/s。

沙河梁式渡槽為雙線4槽，上部槽身為U形槽，直徑8 m，壁厚35 cm，局部加厚至90 cm，槽高8.3～9.2 m，槽頂每間隔2.5 m設(shè)0.5 m×0.5 m的拉桿，單跨跨徑30 m，共47跨；大郎河梁式渡槽共10跨，結(jié)構(gòu)布置同沙河梁式渡槽。

1 纖維素纖維應(yīng)用原因

沙河預(yù)應(yīng)力梁式渡槽是目前國(guó)內(nèi)采用流水線預(yù)制方式制作、架槽機(jī)安裝、最大的U形雙向預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽，單榀重量達(dá)1 200 t，最薄壁厚35 cm。加工難度大，對(duì)混凝土抗裂和抗?jié)B性能要求高。

纖維素纖維是新興的復(fù)合纖維，屬于低彈模級(jí)材料。可以大幅提高混凝土及砂漿的均質(zhì)性，有效抑制早期的塑性裂縫和干縮裂縫，同時(shí)明顯提高混凝土的力學(xué)性能，改善混凝土的抗?jié)B性、抗凍融性及耐火性，最終達(dá)到提高混凝土的耐久性［1-2］。

1.1 對(duì)混凝土的阻裂作用

因纖維素纖維本身具有天然的親水性，卓越的握裹力，巨大的纖維比表面積，及較高的韌性和強(qiáng)度等，加入混凝土中后，在水的浸泡和外力作用下，形成大量均勻分布的細(xì)小纖維，在混凝土中呈三維立體分布，可有效的降低微裂尖端的應(yīng)力集中，可使混凝土或砂漿因干縮引起的拉應(yīng)力消弱或消除，阻止微裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展。

1.2 對(duì)混凝土抗?jié)B性能的改善

纖維素纖維在混凝土中的均勻分布形成了承托體系，阻礙了表面析水和集料的沉降，降低了混凝土的泌水性，減少了混凝土的泌水通道，使混凝土中的孔隙率大大降低，故而使混凝土的抗?jié)B性能有明顯的提高。

1.3 對(duì)混凝土抗凍融性的提高

由于混凝土中纖維素纖維的存在可以有效的減少多次凍融循環(huán)而引起的混凝土內(nèi)的抗拉應(yīng)力集中，阻止了微裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，提高了混凝土抗?jié)B性自然有利于改善其抗凍融性。

1.4 對(duì)混凝土抗沖擊性和韌性的提高

纖維素纖維有助于吸收混凝土構(gòu)件受沖擊時(shí)的功能，并且由于纖維的阻裂效應(yīng)，在混凝土受沖擊荷載作用時(shí)，纖維可以阻止內(nèi)部裂縫的迅速擴(kuò)展，故而有效的增強(qiáng)混凝土的抗沖擊性和韌性。

1.5 對(duì)混凝土耐久性的改善

纖維素纖維由于良好的阻裂效果，減少裂縫的發(fā)生和發(fā)展，降低了內(nèi)部孔隙率，使外部環(huán)境的侵蝕、滲透減緩，裂縫的減少使結(jié)構(gòu)主筋銹蝕的通道減少，從而使混凝土的耐久性得到極大的改善和提高。

綜上所述，考慮到沙河渡槽的重要性及施工特點(diǎn)，決定在沙河渡槽的混凝土配合比中添加纖維素纖維。

2 原材料的選用及檢驗(yàn)

依據(jù)《沙河渡槽段混凝土配合比試驗(yàn)技術(shù)要求》中的要求，經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)查和纖維素纖維在水利水電行業(yè)應(yīng)用先例，初步選定瑞高實(shí)業(yè)（上海）發(fā)展有限公司的水工專用抗裂纖維（CTF-850）和上海羅洋新材料科技有限公司的UF500纖維素纖維兩種材料進(jìn)行比選試驗(yàn)。

3 摻纖維對(duì)混凝土性能的影響

試驗(yàn)室通過對(duì)選定的兩種纖維以不同的摻量摻入預(yù)制渡槽C50F200W8混凝土后，檢測(cè)了其對(duì)混凝土拌合物性能、抗壓、劈拉、抗裂、抗彎、極限拉伸及其抗凍抗浸性能的影響。

3.1 摻纖維混凝土的抗裂性能試驗(yàn)

在混凝土中增加纖維主要目的是在不影響混凝土其他性能的條件下，提高混凝土早期抗收縮裂縫的能力，增加混凝土的使用壽命。為此，首先比較驗(yàn)證摻不同廠家纖維素材料后對(duì)混凝土的抗裂性能的影響。

3.1.1 試驗(yàn)依據(jù)

《沙河渡槽混凝土配合比試驗(yàn)技術(shù)要求》（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司2010）

《評(píng)定受限纖維增強(qiáng)混凝土塑性收縮開裂的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（ASTM C1579-2006）

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352-2006）

《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CBCS38:2004）

3.1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用基準(zhǔn)混凝土及纖維混凝土配合比見表2［3-4］，混凝土抗裂試驗(yàn)結(jié)果見表3。

試驗(yàn)按照ASTM C1579美國(guó)土木工程協(xié)會(huì)（ACI）提出的試驗(yàn)方法，用于比較纖維混凝土板與基準(zhǔn)混凝土板在早期塑性階段的表面開裂情況［5］。

試驗(yàn)用矩形平板模具如圖1所示，模具深102 mm，最小表面積為0.16 m2，模具尺寸為356 mm×559 mm，底部裝有兩個(gè)高為31.7 mm約束凸起，分別位于模內(nèi)距各端102 mm的地方，給混凝土提供約束力，模子中央高63.5 mm的凸起則作為裂縫誘導(dǎo)器。

表3結(jié)果表明,基準(zhǔn)混凝土的初裂時(shí)間為55 min，累計(jì)裂縫面積為341.6 mm2；摻纖維XW-1混凝土初裂時(shí)間為65 min，累計(jì)裂縫面積為334.4 mm2,改善率為2.1%；摻纖維XW-2混凝土在摻纖維XW-1混凝土出現(xiàn)較多裂縫時(shí)間內(nèi)，沒有出現(xiàn)裂縫，較基準(zhǔn)裂縫改善率為100%。由此可以看出XW-2產(chǎn)品能有效阻止混凝土早期塑性階段裂縫的發(fā)生與擴(kuò)展，且纖維XW-2較纖維XW-1分散性好，具有很好的親水

性，且纖維根數(shù)多（1 590 000根/g），比表面積大，纖維間距小（0.66 mm），可顯著改善混凝土均勻性等內(nèi)在品質(zhì)和韌性［6］。

3.2 XW-2號(hào)纖維對(duì)混凝土拌合物性能及各強(qiáng)度 的影響

3.2.1 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)所用基準(zhǔn)混凝土及纖維混凝土配合比如表2所示，只是類型為C1、C2、C3纖維混凝土的纖維素纖維摻量分別為0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

纖維素纖維XW-2內(nèi)部有獨(dú)特的孔道，可以吸收一部分多余的水份，在混凝土硬化階段又可以釋放水份，促進(jìn)未水化水泥顆粒的水化，對(duì)抗壓強(qiáng)度的增加有正面影響，但是這種效應(yīng)是有限度的，當(dāng)摻量超過一定量后，可能對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的提高不利，從表4可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)混凝土（纖維摻量為0 kg/m3類型為C0）纖維混凝土的摻量為0.9 kg/m3、1.1 kg/m3

和1.3 kg/m3時(shí),3 d抗壓強(qiáng)度分別降低了2%、3%和5%；7 d抗壓強(qiáng)度分別降低了1%、5%和6%；28 d分別降低了0%、0%和3%。試驗(yàn)結(jié)果表明隨纖維摻量的增加（0 kg/m3、0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3)混凝土的抗壓強(qiáng)度有微弱的降低。

從表5、表6看出XW-2纖維以不同摻量(0 kg/m3、0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3)摻入混凝土，相對(duì)于（纖維摻量0 kg/m3）基準(zhǔn)混凝土劈拉強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度均有提高，分別提高了10%、10%、13%和12%、13%、14%。試驗(yàn)可以看出XW-2纖維對(duì)混凝土的劈拉和黏結(jié)強(qiáng)度有增強(qiáng)的作用。

由表7-表10可知，XW-2纖維以不同摻量(0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3)摻入混凝土，相對(duì)于（纖維摻量0 kg/m3）基準(zhǔn)混凝土抗彎強(qiáng)度均有提高，分別提高了6%、6%和8%。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著纖維摻量的增加（0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3），相對(duì)于基準(zhǔn)混凝土，摻纖維混凝土的試件28 d齡期的軸拉強(qiáng)度分別增加了15%、20%和20%，極限拉伸值分別增大7%、9%和10%，動(dòng)彈模量增大9%、10%和10%。

3.3 混凝土耐久性試驗(yàn)

3.3.1 抗?jié)B性能

混凝土試件經(jīng)28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后采用逐級(jí)加壓法測(cè)試抗?jié)B性能，4組混凝土試件(纖維摻量為0 kg/m3、0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3)抗?jié)B等級(jí)均大于W8，滿足配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

3.3.2 抗凍性能

試件經(jīng)28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后采用快凍法進(jìn)行200次凍融循環(huán)試驗(yàn)，4組試件（纖維摻量為0%、0.9%、1.1%和1.3%)均未達(dá)到相對(duì)動(dòng)彈模量下降至初始值的60%或質(zhì)量損失率達(dá)5%界限值。混凝土凍融試驗(yàn)成果見表12和13。

3.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

在凍融循環(huán)過程中測(cè)定試件的動(dòng)彈性模量屬于非破損試驗(yàn)，且動(dòng)彈模試驗(yàn)可以反映試件內(nèi)部的凍融損傷情況。由試驗(yàn)測(cè)得的素混凝土和摻（0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3）纖維混凝土試件的動(dòng)彈性模量列于表12，重量損失率列于表13。凍融循環(huán)后實(shí)際測(cè)得的動(dòng)彈模與初始動(dòng)彈模的比值百分?jǐn)?shù)稱為相對(duì)動(dòng)彈模。

試件經(jīng)28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后采用快凍法進(jìn)行200次凍融循環(huán)試驗(yàn)，4組試件均未達(dá)到相對(duì)動(dòng)彈模量下降至初始值的60%或質(zhì)量損失率達(dá)5%界限值。從相對(duì)動(dòng)彈性模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，摻入纖維后混凝土抗凍性能有所提高，其范圍為9 %~14%；對(duì)質(zhì)量損失率影響不大。

4 試驗(yàn)結(jié)論

通過在預(yù)制渡槽C50F200W8一級(jí)配泵送混凝土中摻入纖維后的一系列試驗(yàn)得出如下結(jié)論。

① XW-2號(hào)纖維較XW-1號(hào)纖維能更好的提高混凝土的抗裂性能。

② XW-2號(hào)纖維以0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）摻入預(yù)制渡槽C50F200W8一級(jí)配泵送混凝土后，相對(duì)于不摻纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度略有降低，抗劈拉強(qiáng)度分別提高了10%、10%和13%，混凝土的黏強(qiáng)度分別提高了12%，13%和14%，抗彎強(qiáng)度分別提高了6%、6%和8%，軸拉強(qiáng)度分別增加了15%、20%和20%，極限拉伸值分別增大9%、10%和10%，動(dòng)彈模量增大7%、9%和10%。

XW-2號(hào)纖維以0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3摻入預(yù)制渡槽C50F200W8一級(jí)配泵送混凝土后對(duì)抗凍抗浸性能，較基準(zhǔn)有較大改善。

③ 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻（0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3）XW-2號(hào)纖維相對(duì)于不摻纖維混凝土除抗壓強(qiáng)度不利外，對(duì)于其它性能很有益，尤其是對(duì)抗裂性能的提高十分顯著，這樣可以有效抑制混凝土澆筑后由于震動(dòng)、干縮等原因形成的微裂縫的擴(kuò)展，延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，但隨纖維摻量的增加（0.9 kg/m3、1.1 kg/m3和1.3 kg/m3）對(duì)混凝土性能的提高不是很明顯，綜合考慮，最終推薦XW-2號(hào)纖維的摻量為0.9 kg/m3。

5 結(jié)語

沙河渡槽采用試驗(yàn)推薦摻量將纖維素纖維應(yīng)用于預(yù)制槽片的混凝土配合比中，截止2012年3月，預(yù)制90榀槽片。經(jīng)持續(xù)觀察，混凝土表面的溫度裂縫及干縮裂縫大為減少，證明參加了纖維素纖維的混凝土，能有效提高混凝土早期抗裂能力，并能控制后期裂縫的的擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)（References）：

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篇6

2、棉花的用途以直接供應(yīng)棉紡工業(yè)為主。

3、棉花是植物纖維,就是纖維素纖維,是多環(huán)葡萄糖聚合物

4、蠶絲是動(dòng)物纖維,就是蛋白質(zhì)纖維,是十八種氨基酸的聚合物

篇7

塞拉尼斯集團(tuán)是全球領(lǐng)先的化工技術(shù)和特種材料公司，Clarifoil公司借助醋酸纖維業(yè)務(wù)生產(chǎn)的二醋酸纖維素醋片，多年來致力于二醋酸纖維素薄膜產(chǎn)品的研發(fā)和創(chuàng)新。其實(shí)，Clarifoil是上世紀(jì)40年代就已經(jīng)面世的一種材料，因其具有透明度高、透氣性好、彈性強(qiáng)等特征，英格蘭德比塞拉尼斯工廠的技術(shù)員們從未停止對(duì)這項(xiàng)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，不斷發(fā)掘它的新用途，適用范圍不僅涵蓋3D眼鏡和熱吸塑食品容器，也包括高檔包裝和標(biāo)簽。Clarifoil公司市場(chǎng)部經(jīng)理池萍介紹說：“Clarifoil的客戶覆蓋全球眾多高檔食品、化妝品及制藥領(lǐng)域的印刷企業(yè)、紙箱企業(yè)、零售商、包裝購(gòu)買企業(yè)、出版社及設(shè)計(jì)單位等。”

Clarifoil是一種厚度為14～500微米的透明及彩色薄膜，分為亮光、啞光、半啞光表面等幾種類型。人們第一眼看到Clarifoil的直觀感受是色彩豐富且亮度高，有的看起來像綢緞，有的還有鏡面效果，觸摸起來非常細(xì)滑。這種兼顧視覺呈現(xiàn)和手感效果的薄膜可以令高檔包裝更美觀、更有特色。

Clarifoil系列產(chǎn)品擁有不同特性。比如主要應(yīng)用于冰淇淋、甜食、餅干、風(fēng)味小吃等包裝上的珠光膜，Clarifoil公司將其改良成為一種混合了不同顏色的透明復(fù)合膜，覆膜后仍可以看到原來底紙的顏色，同時(shí)復(fù)合膜又為包裝產(chǎn)品添加了絕佳的光澤和顏色效果。此外，如果客戶希望產(chǎn)品覆膜后有絲質(zhì)的效果，可以選擇Clarifoil公司提供的半啞光膜，其特點(diǎn)是具有緞面效果，可用來設(shè)計(jì)香水及高端化妝品、酒類產(chǎn)品的包裝。最重要的是，所有Clarifoil公司出品的復(fù)合膜都擁有先進(jìn)的防劃痕、防標(biāo)記性能，大大滿足了當(dāng)前高檔商品對(duì)于包裝完全透明且表面光滑的需求，這也使得其他薄膜企業(yè)難以望其項(xiàng)背。

Clarifoil能為客戶帶來多種價(jià)值。一方面，因其本身的木漿材質(zhì)性能，Clarifoil產(chǎn)品可以在完成覆膜工序之后直接印刷，且吸墨性和油墨附著力都非常強(qiáng)，完全解決了手工貼標(biāo)時(shí)會(huì)沾到油墨的后顧之憂。跟紙張一樣，Clarifoil產(chǎn)品表面可以直接進(jìn)行燙印、上膠等處理。另一方面，Clarifoil采用木漿纖維素等天然可再生資源制造而成，基材木漿中不含瀕危硬木材，采自經(jīng)營(yíng)性林場(chǎng)，具有可循環(huán)使用和可堆肥的優(yōu)點(diǎn)，可以完全降解。目前，Clarifoil在北美和歐洲市場(chǎng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，又因其可與食品接觸的安全性，且透明度及透氣性較好，國(guó)外的一些海鮮品包裝、高檔蛋糕包裝都開始采用這種包裝材料。

不過，Clarifoil進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)不過短短十年時(shí)間，池萍說：“目前我們的客戶主要是為國(guó)外一些高檔產(chǎn)品提供包裝的企業(yè)。”任何一種新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，都會(huì)經(jīng)過一個(gè)導(dǎo)入期，消費(fèi)者需要一個(gè)認(rèn)知過程，最后才能認(rèn)可并忠實(shí)于產(chǎn)品。“只要大趨勢(shì)沒有問題，Clarifoil的推廣和普及就不會(huì)有問題。”池萍對(duì)中國(guó)的市場(chǎng)前景信心滿滿。

篇8

關(guān)鍵詞 米曲霉；固態(tài)發(fā)酵；纖維素酶活

中圖分類號(hào) S147.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）08-0197-02

Abstract The culture conditions affected the production of cellulose enzyme by Aspergillus oryzae，such as carbon source，nitrogen source，initial pH，water content，culture temperature，culture time，etc.The results showed that when the carbon source was bran，nitrogen source was powder of bean cake，initial pH value was 6.5，moisture content was 50%，culture temperature was 30 ℃，training time was 60 h，the cellulose enzyme activity produced by Aspergillus oryzae was the highest.

Key words Aspergillus oryzae；solid-state fermentation；cellulose enzyme activity

我國(guó)農(nóng)作物秸稈的利用率普遍很低，多數(shù)作物秸稈都作焚燒處理，對(duì)環(huán)境的污染很大。作物秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，如果能得到合理的利用，將會(huì)為人類帶來巨大的收益。作物秸稈的處理方式有物理、化學(xué)、生物方法，其中生物降解具有污染少、能耗低等優(yōu)點(diǎn)[1]。作物秸稈中含有豐富的纖維素，纖維素在纖維素酶的作用下可以水解生成單糖被作物和微生物利用，但纖維素不易被降解，幾十年來，人們對(duì)于纖維素的預(yù)處理及酶水解過程進(jìn)行了大量研究，其中纖維素酶的使用大大提高了纖維素的降解率[2]。

米曲霉屬半知菌亞門絲孢綱絲孢目從梗孢科曲霉屬真菌中的一個(gè)常見種。米曲霉（Aspergillus oryzae）是纖維素酶的主要生產(chǎn)菌種之一。工業(yè)用米曲霉菌種所產(chǎn)的酶系較多、酶系組成較復(fù)雜[3]，國(guó)內(nèi)對(duì)該菌株的相關(guān)研究并不多，對(duì)其酶系在工業(yè)發(fā)酵過程中受到的影響因素及其作用機(jī)理并不十分了解，從而導(dǎo)致在工業(yè)生產(chǎn)過程中不能夠十分精確地控制米曲霉的產(chǎn)酶過程，限制了這一傳統(tǒng)的食用菌株在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展[4]。本試驗(yàn)對(duì)米曲霉M1102產(chǎn)纖維素酶在固體發(fā)酵過程中所受的影響及活性變化進(jìn)行了研究，以期為米曲霉產(chǎn)纖維素酶的工業(yè)化生產(chǎn)提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 菌種。米曲霉菌株M1102，來自中國(guó)菌種保藏中心。

1.1.2 培養(yǎng)基與主要試劑。斜面培養(yǎng)基：土豆培養(yǎng)基（PDA）；液體種子培養(yǎng)基：豆餅粉5 g/L，蛋白胨5 g/L，蔗糖10 g/L，MgSO4 0.3 g/L，K2HPO4 0.3 g/L，調(diào)節(jié)pH值至7.0；營(yíng)養(yǎng)鹽溶液：NaCl 2 g/L、KH2PO4 1.5 g/L、CaCO3 0.5 g/L、MgSO4 0.5 g/L，調(diào)節(jié) pH值至7.0；固體培養(yǎng)基：木質(zhì)纖維素培養(yǎng)基；主要試劑：麩皮、稻殼粉、玉米粉、玉米芯粉、葡萄糖、蔗糖、豆餅粉、干酪素、蛋白胨、硫酸銨、尿素。

1.1.3 儀器設(shè)備。酒精燈、接種環(huán)、超凈工作臺(tái)、高壓蒸汽滅菌鍋、pH測(cè)定儀、紫外分光光度計(jì)、水浴鍋、恒溫培養(yǎng)箱、電子天平、控溫?fù)u床。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 培養(yǎng)方法。一是米曲霉種子液制備：將米曲霉接種于PDA斜面上進(jìn)行活化，用接種環(huán)挑取一環(huán)接種于250 mL三角瓶的種子液中，裝液量為50 mL，30 ℃，180 r/min，培養(yǎng)24 h。二是固體培養(yǎng)：在250 mL三角瓶中加入10 g風(fēng)干后過篩的木質(zhì)纖維原料和5 mL營(yíng)養(yǎng)鹽溶液，拌勻，121 ℃滅菌30 min，冷卻后將種子液以3%的接種量接種于固體培養(yǎng)基中，32 ℃下培養(yǎng)60 h，測(cè)定其產(chǎn)纖維素酶活[5]。粗酶液的制備：每1g固態(tài)培養(yǎng)物加入磷酸緩沖溶液5.0 mL（pH值 7.2），室溫下浸提1 h，10 000 r/min離心10 min，上清液即為粗酶液。

1.2.2 培養(yǎng)條件的優(yōu)化。一是碳源對(duì)纖維素酶活的影響：分別用3%含量的麩皮、稻殼粉、玉米粉、玉米芯粉、葡萄糖、蔗糖作為培養(yǎng)基的碳源，其他成分同初始培養(yǎng)基，培養(yǎng)結(jié)束后測(cè)定其纖維素酶含量[6]。二是氮源對(duì)纖維素酶活的影響：分別以2%的豆餅粉、干酪素、蛋白胨、硫酸銨、尿素作為培養(yǎng)基的氮源，其他成分同初始培養(yǎng)基，培養(yǎng)結(jié)束后測(cè)定培養(yǎng)基中纖維素酶含量[6]。三是發(fā)酵條件優(yōu)化：采用優(yōu)化后的最佳發(fā)酵培養(yǎng)基，在固定其他發(fā)酵條件的基礎(chǔ)上，逐一對(duì)發(fā)酵培養(yǎng)的初始pH值、培養(yǎng)基含水量、培養(yǎng)時(shí)間、發(fā)酵溫度等培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化。

1.2.3 纖維素酶活的測(cè)定方法。采用GB-羧甲基纖維素法（CMC法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 培養(yǎng)基碳源對(duì)纖維素酶活力的影響

酶誘導(dǎo)物和酶蛋白質(zhì)前體同時(shí)對(duì)纖維素酶的合成有調(diào)控作用，酶誘導(dǎo)物一般為可利用的碳源，纖維素作為酶誘導(dǎo)物對(duì)纖維素酶的產(chǎn)生有重要作用。從圖1可以看出，在培養(yǎng)基其他基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分不變的前提下，改變碳源含量后，米曲霉產(chǎn)纖維素酶活發(fā)生顯著變化，其中碳源為麩皮時(shí)纖維素酶活最高；稻殼粉和玉米芯粉次之，為最高酶活的72%和68%；玉米粉和蔗糖為最高酶活的60%和37%；碳源為葡萄糖時(shí)纖維素酶活最低，僅為最高酶活的30%。當(dāng)碳源中纖維素含量豐富時(shí)，米曲霉產(chǎn)纖維素酶活力高，這是由于纖維素作為酶誘導(dǎo)物能刺激纖維素酶的產(chǎn)生，將其分解為可利用的單糖，而葡萄糖和蔗糖作為碳源時(shí)，米曲霉能直接利用其作為碳源，所以抑制了纖維素酶的產(chǎn)生。

2.2 培養(yǎng)基氮源對(duì)纖維素酶活力影響

氮源是酶蛋白質(zhì)前體的主要來源，因此氮源的類型和性質(zhì)同樣會(huì)影響纖維素酶的合成和分泌。選擇不同氮源作為單一氮源進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，來考察其對(duì)米曲霉產(chǎn)酶的影響。

從圖2可以看出，在試驗(yàn)選用的5種有機(jī)和無機(jī)氮源中，以豆餅粉作為氮源時(shí)米曲霉所產(chǎn)纖維素酶活性最高；干酪素和蛋白胨次之，纖維素酶活是豆餅粉作為單一氮源時(shí)活性的96%和81%；當(dāng)分別以硫酸銨和尿素為單一氮源時(shí)，米曲霉所產(chǎn)纖維素酶活性僅為最高酶活性的70%和68%。由此表明，有機(jī)氮源對(duì)纖維素酶活的影響大于無機(jī)氮源，這可能與有機(jī)氮源中營(yíng)養(yǎng)成分含量多元化有關(guān)。

2.3 培養(yǎng)基初始pH值對(duì)纖維素酶活力的影響

微生物在生長(zhǎng)繁殖和代謝過程中，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，導(dǎo)致培養(yǎng)基pH值發(fā)生變化，而培養(yǎng)基初始pH值不僅影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，且對(duì)其產(chǎn)酶情況有顯著的影響。在優(yōu)化培養(yǎng)基碳氮源基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)初始pH值為4.0～9.0來考察米曲霉產(chǎn)酶活性的變化。從圖3 可以看出，米曲霉產(chǎn)生纖維素酶的最佳初始pH 值為6.0～7.5，當(dāng)培養(yǎng)基初始pH值為5.5，米曲霉仍能產(chǎn)生相對(duì)于最高活性 72%的纖維素酶；而當(dāng)培養(yǎng)基初始pH值調(diào)至8.0 時(shí)，米曲霉產(chǎn)生纖維素酶活性則迅速下降至最高酶活性的34%。試驗(yàn)表明米曲霉產(chǎn)纖維素酶的pH值適應(yīng)范圍較寬，但過酸或過堿的環(huán)境不利于纖維素酶的生產(chǎn)。這可能是由于過酸或過堿的環(huán)境不利于米曲霉生長(zhǎng)或破壞了纖維素酶活力。

2.4 培養(yǎng)基含水量對(duì)纖維素酶活力的影響

水分是微生物生長(zhǎng)代謝的重要物質(zhì)，在固體發(fā)酵中，水分對(duì)微生物活性有重要影響。從圖4可以看出，隨著培養(yǎng)基中含水量的增加，米曲霉產(chǎn)纖維素酶活呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)培養(yǎng)基含水量為50%時(shí)，纖維素酶活最高。所以含水量過高或過低都會(huì)抑制米曲霉生長(zhǎng)，這可能是由于低水分使米曲霉培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶解性降低，抑制了米曲霉生長(zhǎng)；當(dāng)水分含量過高時(shí)，培養(yǎng)基過于黏稠，破壞了培養(yǎng)基的多孔結(jié)構(gòu)，降低了其透氣性，而米曲霉是耗氧微生物，低氧環(huán)境不利于其生長(zhǎng)。

2.5 培養(yǎng)溫度對(duì)纖維素酶活力的影響

微生物最適宜的溫度范圍一般為16～30 ℃，最高溫度在37～43 ℃，溫度過高或過低均不利于米曲霉生長(zhǎng)。從圖5可以看出，在30～35 ℃時(shí)，纖維素酶活最高，溫度過低或過高都會(huì)降低纖維素酶活。這是由于，當(dāng)溫度過低時(shí)，米曲霉生

長(zhǎng)緩慢導(dǎo)致產(chǎn)生纖維素酶少，而且低溫環(huán)境會(huì)降低酶活力；當(dāng)溫度過高時(shí)，米曲霉會(huì)由于高溫而出現(xiàn)老化現(xiàn)象，抑制了纖維素酶產(chǎn)生，并且高溫容易使纖維素酶失活。

2.6 培養(yǎng)時(shí)間對(duì)纖維素酶活力的影響

微生物處于不同的生長(zhǎng)期時(shí)，其相應(yīng)的生長(zhǎng)代謝機(jī)理也不同。從圖6可以看出，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，米曲霉產(chǎn)纖維素酶活呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)培養(yǎng)至60 h時(shí)，纖維素

酶活最高。這是由于培養(yǎng)初期米曲霉處于繁殖階段，產(chǎn)生孢子數(shù)量有限，故分泌的纖維素酶少；而在培養(yǎng)后期，由于米曲霉出現(xiàn)老化，導(dǎo)致纖維素酶分泌量減少。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)研究了米曲霉菌株M1102在不同固體發(fā)酵條件下產(chǎn)纖維素酶的變化。結(jié)果表明：當(dāng)碳源為麩皮，氮源為豆餅粉，初始pH值為6.5，含水量為50%，培養(yǎng)溫度為30 ℃，培養(yǎng)時(shí)間為60 h時(shí)，米曲霉產(chǎn)纖維素酶活力最高。為了深入了解米曲霉固體發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的影響因素，還需要對(duì)纖維素酶的生產(chǎn)條件和作用機(jī)理做更深一步的研究。

4 參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：纖維素黃酸酯；鎳網(wǎng)值；細(xì)均化器；溶解效；措施改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TQ352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我公司在20世紀(jì)90年代引進(jìn)了奧地利Lenzing公司粘膠短纖維生產(chǎn)設(shè)備，自1998年起公司設(shè)備投入運(yùn)行已10多年，部分設(shè)備老化進(jìn)行了相應(yīng)的部分更換及工藝技術(shù)優(yōu)化。

1 纖維素黃酸酯生產(chǎn)過程

纖維素黃酸酯是漿粕（包括棉漿、木漿和竹漿，即聚合度不同的纖維素，以不同的比例混合）與NAOH（浸漬堿液）反應(yīng)，將纖維素上直立鍵上的羥基氫奪走使纖維素活化生成堿化纖維素，然后通過物理方法（壓榨、粉碎）將反應(yīng)結(jié)束后的多余堿液去除掉得到膨松的堿纖維素，堿纖維素在老成箱內(nèi)與氧反應(yīng)將纖維素進(jìn)行氧化降解，調(diào)整其平均聚合度。在真空條件下堿纖維素與二硫化碳進(jìn)行反應(yīng)形成纖維素黃酸酯。黃化后纖維素黃酸酯在溶解系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行研磨、粉碎、乳化，制得合格的溶解性粘膠。

2 溶解性粘膠指標(biāo)分析

溶解性粘膠的分析包括半分析和全分析。半分析是指測(cè)定鎳網(wǎng)值和粘度，每批溶解性膠都要進(jìn)行測(cè)量，半分析操作相對(duì)簡(jiǎn)單，現(xiàn)由車間自己測(cè)量。全分析包括溶解性粘膠的甲纖、含堿、鎳網(wǎng)值、粘度、酯化度。由于本文主要介紹粘膠溶解優(yōu)化后對(duì)鎳網(wǎng)值、粘度影響，因此下面將分別介紹鎳網(wǎng)值及粘度測(cè)定方法及測(cè)定目的。

2.1 鎳網(wǎng)值的測(cè)定

2.1.1目的。了解纖維素黃酸酯溶解效果，以便對(duì)纖維素黃酸酯生產(chǎn)系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.1.2 所需儀器。 500ml取樣杯；電動(dòng)攪拌器；筒狀粘膠過濾器皿；量筒（250ml）；秒表； 鎳網(wǎng)250目。

2.1.3 測(cè)定步驟。加入150ml蒸餾水于500ml取樣杯中，然后再加入溶解好的纖維素黃酸酯100ml，開啟電動(dòng)攪拌器攪拌1分鐘使混合均勻，然后靜置30秒鐘，將粘膠全部倒入筒狀過濾器皿中，從流出第一滴開動(dòng)秒表，測(cè)定常壓下一分鐘流出體積，即為此批纖維素黃酸酯鎳網(wǎng)值。

2.1.4 注意事項(xiàng)：（1）測(cè)量用鎳網(wǎng)提前放入筒狀粘膠過濾器底部壓實(shí)，避免纖維素黃酸酯不經(jīng)過鎳網(wǎng)。（2）測(cè)量用鎳網(wǎng)每批進(jìn)行更換新的，保證測(cè)量準(zhǔn)確。

2.2 溶解后纖維素黃酸酯粘度測(cè)定

2.2.1 目的 。纖維素聚合度大小直接影響著粘膠的粘度，粘度高低會(huì)影響過濾紡絲，需要控制。

2.2.2 原理。落球法：以鋼球經(jīng)過上下兩刻度（20cm）之間的時(shí)間來表示。

2.2.3 儀器。粘度管；恒溫水浴；鋼球（0.130±0.001g，d=1/8英寸）；秒表；0～50℃溫度計(jì)。

2.2.4 測(cè)定步驟。將粘膠倒入粘度管中，浸入20度水浴中恒溫20分鐘，然后投入鋼球，用秒表記錄鋼球經(jīng)過上下兩刻度（20cm）之間的時(shí)間，以表示粘度的大小。

2.2.5 計(jì)算。粘度（S） = 鋼球經(jīng)過20cm所經(jīng)過的時(shí)間。

2.2.6 注意事項(xiàng)：（1）自粘度管中間落下，不要接觸粘度管內(nèi)壁。（2）銹的鋼球，其影響重量和摩擦力。（3）對(duì)粘度影響很大，應(yīng)該在20度時(shí)恒溫后測(cè)定。（4）傾倒時(shí)不要產(chǎn)生氣泡。

3 纖維素黃酸酯溶解系統(tǒng)改善

3.1 纖維素黃酸酯溶解問題。纖維素黃酸酯溶解效果不好，溶解性粘膠鎳網(wǎng)值低，同時(shí)溶解粘膠粘度與紡絲要求粘度差距大，對(duì)生產(chǎn)過濾系統(tǒng)、紡絲成型都造成一定問題。

3.2 纖維素黃酸酯溶解問題分析。溶解系統(tǒng)即粘膠生產(chǎn)工藝中將黃化制成纖維素黃酸酯溶解在低溫堿溶液（本行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)通常把2℃-5℃的堿稱為低溫堿）里經(jīng)溶解循環(huán)泵、細(xì)均化制得一定組成的粘膠溶液的工藝過程。溶解效果的好壞，直觀反映是溶解膠網(wǎng)值低、粘膠過濾性能差。從溶解過程發(fā)現(xiàn)在溶解過程中管道壓力、粘膠泵功率以及溶解曲線，這三方面的數(shù)據(jù)反映每一批纖維素黃酸酯的溶解效果的好壞。目前溶解系統(tǒng)的主要由溶解循環(huán)泵、溶解機(jī)攪拌、細(xì)均化器構(gòu)成。溶解循環(huán)泵又名雙螺桿泵：電機(jī)功率45Kw，工作能力100m3/h，轉(zhuǎn)速805rpm，起到輸送及循環(huán)粘膠作用；溶解機(jī)：容積40-50m3，攪拌電機(jī)功率2.2kW，轉(zhuǎn)速24rpm，黃化后的粘膠循環(huán)、溶解，貯存粘膠；細(xì)均化器：電機(jī)功率45kW，工作能力60m3/h～ 70m3/h，均化間隙2mm～4mm，將粘膠中的膠塊粉碎，使其充分溶解，利于過濾和熟成。

3.3 纖維素黃酸酯溶解問題解決。確定了問題重點(diǎn)，我公司對(duì)細(xì)均化器齒盤進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)細(xì)均化器齒盤齒由于長(zhǎng)時(shí)間使用磨損嚴(yán)重，纖維素黃酸酯不能很好的被粉碎，進(jìn)而影響纖維素黃酸酯溶解效果。查明了問題，我公司安排對(duì)一組溶解系統(tǒng)進(jìn)行改造試驗(yàn)，更換新的細(xì)均化器用齒盤，通過改造測(cè)得相關(guān)溶解系統(tǒng)數(shù)據(jù)見表1。細(xì)均化器更換齒盤后，纖維素黃酸酯溶解明顯改善，鎳網(wǎng)值得到提高，溶解性粘膠粘度下降同時(shí)與紡絲要求粘度差距降低；溶解循環(huán)管道壓力和粘度泵功率不同程度的上升，且漲幅較大。從更換前后數(shù)據(jù)對(duì)比看細(xì)均化器更換齒盤后粘膠的溶解效果得到了改善。對(duì)溶解曲線進(jìn)行比較，從溶解開始到溶解平穩(wěn)，更換后所用的時(shí)間明顯比更換前所用的時(shí)間要少10分鐘左右。

結(jié)語

通過長(zhǎng)期工藝生產(chǎn)對(duì)溶解系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及總結(jié)，我們根據(jù)溶解系統(tǒng)過程中反應(yīng)的出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理總結(jié)，對(duì)均化齒盤進(jìn)行有目的的更換、修復(fù)，使纖維素黃酸酯溶解效果得到改進(jìn)，優(yōu)化溶解系統(tǒng)、保證過濾性能，減小對(duì)紡絲成型影響。

篇10

關(guān)鍵詞　纖維素降解茵；篩選；鑒定；酶活

中圖分類號(hào)　093-331　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼　A　文章編號(hào)　1007-5739(2012)02-0034-02

纖維素是自然界中儲(chǔ)存量最大、分布最廣泛的可再生天然碳水化合物，其主要存在于秸稈、木材等高等植物的細(xì)胞壁中，每年通過光合作用可生產(chǎn)纖維素逾10億t。然而纖維素難以降解，導(dǎo)致其利用具有一定的局限性。目前，降解纖維素最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法是生物降解法，即通過細(xì)菌、放線菌以及真菌等生物產(chǎn)生的纖維素酶來催化降解纖維素。因此，尋找和馴化產(chǎn)生高效纖維素酶的微生物是有效降解纖維素的前提條件。該研究從土壤中篩選降解纖維素的菌株，并對(duì)其產(chǎn)酶條件進(jìn)行研究，以為纖維素的降解和合理利用提供一定的資源。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)材料

1.1.1　樣品來源。樣品取自重慶市縉云山落葉覆蓋的腐殖層土壤。

1.1.2　培養(yǎng)基。LB培養(yǎng)基、剛果紅培養(yǎng)基、羧甲基纖維素培養(yǎng)基。

1.2　試驗(yàn)方法

1.2.1　纖維素降解菌的初篩和純化。纖維素降解菌的初篩和純化按照盧月霞等的方法進(jìn)行。

1.2.2　纖維素降解菌的復(fù)篩。分別將純化后的單菌落點(diǎn)樣于剛果紅培養(yǎng)基中，每個(gè)平板點(diǎn)1個(gè)菌種，且只點(diǎn)3個(gè)樣，降解圈直徑(D)與菌落直徑(d)比值的大小可以直接反應(yīng)纖維素酶活的相對(duì)大小。因此，篩選降解圈直徑與菌落直徑比值最大的菌落，即為纖維素高效降解菌，用CMC培養(yǎng)基作斜面培養(yǎng)，4℃保存。

1.2.3　16srRNA測(cè)序。使用小量細(xì)菌基因組DNA抽提試劑盒對(duì)纖維素降解菌進(jìn)行基因DNA提取，以此為模板，以通用引物8F和1495R進(jìn)行PCR擴(kuò)增16srRNA。PCR體系為：D.W14.5μL，Buffer(Mg2+free)2.5μL，Mg2+1.5μL，dNTP2μL，上游引物1μL，下游引物1μL，模板2μL，Taq酶2U。反應(yīng)條件：95℃預(yù)變性5min，94℃變性1min，56℃退火1min，72℃延伸1.5min，35個(gè)循環(huán)，擴(kuò)增結(jié)束后72℃延伸10min。擴(kuò)增后的PCR產(chǎn)物用1％瓊脂糖凝膠電泳(100V,30min)進(jìn)行分析，將在1000-2000bp出現(xiàn)較亮條帶的樣品送去寶生物公司進(jìn)行測(cè)序。

1.2.4　纖維素酶酶活的測(cè)定。按照李慧君等的方法進(jìn)行粗酶的提取，同時(shí)通過DNS顯色檢測(cè)酶活，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制以及酶活的檢測(cè)具體操作參照GB20287-2006。酶活力單位(U)：1mL原樣酶液，1min產(chǎn)生1μg葡萄糖定義為

1　個(gè)酶活力單位。

1.2.5　降解菌培養(yǎng)條件的優(yōu)化。研究不用培養(yǎng)溫度、pH值、碳源、氮源對(duì)其產(chǎn)酶的影響，并在各因子最適條件下培養(yǎng)該菌，檢測(cè)其產(chǎn)酶酶活。

2　結(jié)果與分析

2.1　纖維素降解菌的篩選與純化

經(jīng)過初篩，得到12株具有降解能力的菌株，再經(jīng)過復(fù)篩得到5株較強(qiáng)降解能力的菌株，其中以菌株X10的降解能力最強(qiáng)，初步判斷該菌為纖維素降解菌。菌株XIO點(diǎn)樣培養(yǎng)后透明降解圈如圖1所示(經(jīng)過1mol/LHCI處理呈藍(lán)紫色)，測(cè)定其D：d=2：21。

2.2　測(cè)序結(jié)果

經(jīng)過對(duì)該菌的16srRNA測(cè)序，測(cè)得其序列。通過在，GENBALK中使用BLAST進(jìn)行對(duì)比，可見該菌和氧化微桿菌(Microbacteriumoxydans)有99％的同源性，可判斷該菌屬于氧化微桿菌。

2.3　纖維素酶活的測(cè)定

測(cè)得每8h的粗酶CMC酶活曲線如圖2所示。可見在40 h的時(shí)候酶活達(dá)到最大，酶活值為51.59U。

2.4　降解菌培養(yǎng)條件的優(yōu)化

2.4.1　培養(yǎng)溫度對(duì)產(chǎn)酶的影響。將菌株X10分別接種于5個(gè)150ml的羧甲基纖維素培養(yǎng)基中，并分別在25、30、35、40、45℃下培養(yǎng)，40h后，測(cè)定定其CMC酶活，結(jié)果如圖3所示。可以看出，當(dāng)溫度為30℃時(shí)，酶活最高。因此，30℃為該菌產(chǎn)酶的最適溫度。

2.4.2　培養(yǎng)起始pH對(duì)產(chǎn)酶的影響。將菌株X10分別接種于5個(gè)150mL羧甲基纖維素培養(yǎng)基中，并將其起始pH值分別調(diào)至6.0、6.5、7.0、7.5、8.0,培養(yǎng)40h后，測(cè)定其CMC酶活，結(jié)果如圖4所示。可以看出，當(dāng)pH值為7.5時(shí)，酶活最高。因此，7.5為該菌產(chǎn)酶的最適pH值。

2.4.3　不同碳源對(duì)產(chǎn)酶的影響。分別以CMC-Na、微晶纖維素、葡萄糖、蔗糖、葡萄糖+CMC-Na,葡萄糖+微晶纖維素、蔗糖+CMC-Na、蔗糖+微晶纖維素為碳源，添加量均為2％。培養(yǎng)纖維素降解菌。40h后，測(cè)定其CMC酶活，結(jié)果如圖5所示。可以看出，以葡萄糖+微晶纖維素為碳源的酶活最高，因此，該組合碳源為該菌產(chǎn)酶的最適碳源。向時(shí)可以看出，含有蔗糖的碳源，無論是單一的蔗糖還是含蔗糖的組合碳源，酶活都是0，可見蔗糖對(duì)該菌產(chǎn)酶或生長(zhǎng)可能具有抑制作用。

2.4.4　不同氮源對(duì)產(chǎn)酶的影響。分別以0.12％的蛋白胨、酵母浸粉、牛肉膏、蛋白胨+牛肉膏、NH4NO4、(NH4)2SO4、NH4cl、酵母浸粉+NH4NO3、尿素為氮源，添加量均為0.2％，培養(yǎng)菌株。40h后，測(cè)定其CMC酶活，結(jié)果如圖6所示。可以看出，該菌對(duì)有機(jī)氮的利用強(qiáng)于對(duì)無機(jī)氮的利用。在有機(jī)氮源中以蛋白胨+牛肉膏組合為最佳，同時(shí)發(fā)現(xiàn)無機(jī)氮中以尿素最差，其酶活為0，可見，尿素對(duì)該菌產(chǎn)酶或生長(zhǎng)可能也具有抑制作用，因此，該菌產(chǎn)酶的最適氮源為蛋白胨+牛肉膏復(fù)合組合。

2.5　在最適條件下培養(yǎng)該菌

根據(jù)以上結(jié)果，配制以葡萄糖+微晶纖維素(1：1)為碳源，以蛋自胨+牛肉膏(1：1)為氮源的培養(yǎng)基，pH值7.5，并在最適溫度30℃的條件下培養(yǎng)40h，測(cè)得其酶活達(dá)到了67.44U。