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纤维素纳米纤维增强大豆分离蛋白透光复合材料的制备与性能研究
一、引言
生物基复合材料在现代工程与科技领域中受到了广泛研究，其中纤维素纳米纤维是近年来引起特别关注的一种材料。纳米纤维的直径尺寸在10~100nm之间，呈现出高比表面积、高比强度和高比模量等优异性质。同时，大豆蛋白是豆类蛋白质中含量较高、蛋白质营养价值较高的一种。本文旨在综合利用纤维素纳米纤维和大豆蛋白，制备成具有优异性能的纳米纤维增强大豆蛋白复合材料，并对其性能进行研究。
二、实验方法
1.材料制备
采用酸水解法制备纤维素纳米纤维，首先将氧化硫酸纤维素粉末加入64%硫酸中进行磨浆，磨浆过程中必须保持低温，磨浆后加入水稀释，随后在搅拌下加入柠檬酸进行中和，最后用离心机进行分离洗涤并干燥得到纤维素纳米纤维。
大豆分离蛋白的制备采用碱溶、有机溶剂提取和酸沉淀的方法，具体步骤为：将大豆磨成粉末，用0.5%氢氧化钾水溶液浸泡2小时，随后在这种碱性条件下进行有机溶剂提取分离，分离出大豆分离蛋白，最后在酸性条件下沉淀出固态蛋白。
2.制备复合材料
将纤维素纳米纤维和大豆分离蛋白按不同重量比例混合，再加入一定量的紫外线稳定剂、粘合剂进行搅拌混合，将复合材料浇铸成样品并通过UV灯固化。
3.分析测试
通过扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、动态热机械分析（DMA）、透光率测试等方法对复合材料进行性能测试和分析。
三、结果与讨论
1.SEM观察
图1为纤维素纳米纤维SEM图，可以看到其形态呈长细条状，表明纤维素纳米纤维制备成功。图2是不同纤维素纳米纤维掺量下的复合材料SEM图，可以看到随着纳米纤维掺量的增加，纤维状晶体逐渐增多，材料的断裂韧性也随之增加。
2.TGA分析
图3为不同纤维素纳米纤维掺量下的复合材料TGA图，可以看到当纳米纤维掺量增加时，复合材料的热稳定性和热分解温度均逐渐增加，说明纤维素纳米纤维可以有效提高复合材料的热稳定性。
3.DMA分析
图4为不同纤维素纳米纤维掺量下的复合材料DMA测试数据，可以看到当纳米纤维掺量增加时，复合材料的储能模量逐渐增加，说明纤维素纳米纤维可以显著提高复合材料的弹性模量。
4.透光率测试
图5为不同纤维素纳米纤维掺量下的复合材料透光率测试结果，可以看到随着纳米纤维掺量增加，复合材料的透光率逐渐降低，这是因为纤维素纳米纤维的添加增加了复合材料的透光路径长度，降低了其透光率。
四、结论
本文利用纤维素纳米纤维和大豆分离蛋白制备出纤维素纳米纤维增强大豆分离蛋白复合材料，并对其性能进行了研究。研究结果表明，纤维素纳米纤维的掺入可以显著提高复合材料的热稳定性和弹性模量，但会降低其透光性。该复合材料有望在透光性要求不是非常高的领域有应用前景。