一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法。本发明专利技术基于顶空气相色谱法的多次抽提技术（多次抽提顶空萃取技术），将含有超过保水值的水分的氧化浆或纳米纤维素样品在适当温度下温育，每隔15‑95分钟进行顶空气相测量，气相信号的第一个拐点即为该样品的保水能力。本方法在测试过程中，只要测量一次，并且可以快速、准确、方便的测定氧化浆和纳米纤维素的保水值，适用于工厂实际生产条件下和实验室研究氧化浆和纳米纤维素保水能力的准确测定。克服了目前没有办法检测氧化浆保水能力并首次实现了纳米纤维素的保水能力的测定。

A method for accurate determination of water holding capacity of oxidized pulp and nano cellulose by Headspace Gas Chromatography

【技术实现步骤摘要】
一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法
本专利技术涉及氧化浆和纳米纤维素保水值检测
，尤其涉及一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素(纳米纤化纤维素、细菌纤维素)保水能力的方法。
技术介绍
纳米纤维素纤维(NFC)是一种从木材、植物、细菌、藻类等物种中提取出来，直径为纳米级别的纤维，在阻隔薄膜、抗菌薄膜、透明薄膜药物释放、纺织、电子器件、能源、分离薄膜等领域有巨大的前景。由于NFC具有很高的表面积，表面暴露大量的羟基，因此纳米纤维素具有优异的保水能力，即使在较低的浓度下便呈凝胶状。同时，NFC的保水能力是影响NFC产品性能或工艺操作条件的重要参数之一。例如，纳米纤化纤维素应用于水凝胶时需要更高的保水性；但是，当它用作涂料时，保水值过高会在干燥时消耗更多能量。因此，研究测定纳米纤化纤维素的保水值的方法有利于根据特定的需求选择合适保水值的NFC。纤维素及其衍生物具有低成本，环保和生物相容性的巨大优势，已被广泛用作石油衍生材料的替代品。与普通纤维素不同，纳米纤化纤维素(纳米纤维素的一种)具有非常大的比表面积，在很多先进领域具有很大的应用潜力，例如作为控制药物释放到体内循环的载体材料。同时，纳米纤化纤维素(NFC，纳米纤维素的一种)吸收水(或保水)的能力是影响产品性能或工艺操作条件的重要参数之一。例如，纳米纤化纤维素水凝胶的相关应用需要更高的保水性；但是，当它用作涂料时，它会在干燥时消耗更多能量。因此，在相关的研究和开发中非常需要能够评估纳米纤化纤维素的保水能力的方法。对于常规纤维素纤维，保水值可以通过所谓的离心方法容易地确定，其中使用金属筛网来保持纤维。它基于脱水处理(通过离心)后干燥纸浆纤维和湿纸浆纤维的净重。该方法的基本问题是在离心过程中纤维(即细小纤维)的损失，因为筛网的孔径不能太小(否则，它会影响纤维的脱水)。因此，通过这种方法测量的纤维的保水值误差较大，特别是对于精炼或打浆处理后的纸浆纤维。显然，离心方法不能用于纳米纤化纤维素的保水值测定，因为其尺寸比普通的纸浆纤维小得多。之前，我们开发了一种利用顶空气相色谱法快速准确测定风干浆纤维保水能力的方法(专利申请号201811309405.8)。但这种基于干纸浆的HS-GC方法不能用于测量湿纳米纤化纤维素(一种水凝胶形式的材料)的保水值。因此，本专利技术开发一种基于多次顶空萃取气相色谱技术测定氧化浆及其衍生的纳米纤维素保水能力的新方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法。本专利技术方法克服了目前检测纤维类样品保水能力方法所存在的弊端，首次实现了纳米纤维素保水能力的测定，具有检测速度快、结果准确度高、操作简便等优点。本专利技术的目的通过下述技术方案实现。一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法，包括如下步骤：(1)先将氧化浆或纳米纤维素置于已知质量的顶空瓶中，在五位数分析天平上称重，然后放入顶空自动进样器里，记录样品绝干质量为m1；(2)步骤(1)所得样品在50-75℃下平衡15-60min，然后进样，记录水的气相信号值；(3)按照步骤(2)的平衡温度和平衡时间多次抽提顶空瓶中气体，记录水的气相信号值。所述水的气相信号值首次达到最大值时，对应顶空瓶中水的实际质量和氧化浆或纳米纤维素的绝干质量之比，即为氧化浆或纳米纤维素的保水值。(4)所述水的气相信号值首次达到最大值时，取出顶空瓶，置于干燥器内冷却至室温，称重得到样品质量m2。(5)氧化浆或纳米纤维素保水值WRV按照以下公式计算，以质量分数表示：由于离心法使用金属筛网来保持纤维。在离心过程中存在纤维(即细小纤维)的损失，因为筛网的孔径不能太小(否则，它会影响纤维的脱水)。因此，通过这种方法测量的纤维的保水值误差较大，特别是对于精炼或打浆处理后的纸浆纤维。本方法不存在这些问题，本方法经过这5个步骤，成功并精确地测定氧化浆和纳米纤维素的保水值，解决氧化浆和纳米纤维素的保水能力的测定。特别是，本方法第一次精确测定出纳米纤维素保水能力的保水值。进一步的，步骤(4)所述顶空瓶中样品质量包括样品的结合水质量和步骤(5)所述样品的绝干质量，即：m2＝m结合水+m1。进一步的，样品的保水值计算公式如下：本专利技术采用水的GCS信号作为依据是基于以下原理：若顶空瓶中纤维吸附水未达到饱和，在体系中水平衡存在气—液两相平衡。所以，在顶空瓶中水的分配系数符合亨利定律，即：式中：Cg、Cs分别表示为水在气相中的浓度和纤维中的浓度含量；若顶空瓶中纤维吸附水达到饱和，纤维表面和纤维—纤维之间出现游离水，因此顶空瓶气相中水蒸气含量主要由游离水贡献，亨利定律不再适用于此条件；根据饱和蒸汽压克拉伯龙—克劳修斯方程和理想气体状态方程：P＝CgRT通过以上方程可以得出顶空瓶中气相水含量和温度有关，在温度不变的情况下，气相中水含量不再变化。基于以上原理，利用顶空气相色谱分析检测一系列含有不同浓度水的纤维，即加入水量范围从纤维吸附水未饱和到过饱和，即水与风干浆按照质量比为0～5。步骤(2)中水的气相信号值与水的实际质量成线性关系，是在风干浆加水达到饱和之前，当吸水值达到饱和后，水的气相信号趋于稳定；进一步的，步骤(1)所述的纳米纤维素包括纳米微晶纤维素CNC、纳米纤维素纤维CNF和细菌纳米纤维素中的一种或多种。进一步的，步骤(1)所述氧化浆或纳米纤维素的绝干质量为0.001～1g，进一步优选为0.01-1g。进一步的，步骤(1)所述的平衡温度为30-95℃，进一步优选为50-75℃。进一步的，步骤(2)所述平衡时间为15-95min，进一步优选为15-60min。进一步的，步骤(2)所述顶空的振动条件为强烈振荡，加压时间10s，定量环填充时间15s,传输至GC时间20s。进一步的，步骤(2)所述气相色谱仪检测器为热导检测器(TCD)，载气为氮气，流速3.8L/min，柱箱温度105℃，按照分流比为0.1:1分流，检测时间5min。进一步的，步骤(3)中所述水的气相信号值为氧化浆或者纳米纤维素所含结合水的气相信号值。水的气相信号值是如图1所示的水的信号峰的面积。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：1、本专利技术方法所采用的样品为湿的纳米纤维素，首次准确测定纳米纤维素的保水值，避免了离心法无法测定纳米纤维素保水值的问题。2、本专利技术方法考虑到纤维本身所含有的水分的不同，并以此利用顶空气相色谱法(HS-GS)检测含有大量水分的氧化浆和纳米纤维素的保水值。即本专利技术方法适用于湿样品的直接检测，不需要干燥。同时干燥后或本身水分很少的样品也可以加水后测定其保水值。因此，本专利技术方法适用于干燥和湿样品的测定，具有样品适应性广的特点。3、本专利技术方法可以对氧化浆和纳米纤维素保水能力进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)称取样品氧化浆或纳米纤维素，记录样品的绝干质量为m

【技术特征摘要】
20190625 CN 20191055454301.一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取样品氧化浆或纳米纤维素，记录样品的绝干质量为m1,置于顶空瓶中，然后将顶空瓶放置于顶空自动进样器中；
(2)将顶空自动进样器的平衡温度设置为30～95℃，平衡时间设置为15～95min；
(3)按照步骤(2)的平衡温度和平衡时间在顶空-气相色谱仪中抽提2～30次，记录水的气相信号值；
(4)当步骤(3)中所述水的气相信号值首次达到最大值时，记录此时顶空瓶中的氧化浆的质量或者纳米纤维素的质量为m2；
(5)氧化浆或纳米纤维素保水值WRV按照如下公式计算，以质量分数表示：


2.根据权利要求1所述的一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法，其特征在于，步骤(1)所述的纳米纤维素包括纳米微晶纤维素CNC、纳米纤维素纤维CNF和细菌纳米纤维素中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的一种利用顶空气相色谱法准确测定氧化浆和纳米纤维素保水能力的方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化浆或纳米纤维素的绝干质量为0.001～1g。


4.根据权利要求1所述的一种利用顶空气相色谱法准确测定氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王若韫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44