1 引言
纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是重要的生物可降解性和可再生性的生物质资源之一。它来源于绿色的陆生、海底植物和动物体内。根据来源植物纤维素又可分为棉花、木材、麻类、草类等，是植物细胞壁的主要成分；另外一些是来自于动物细菌、海底生物和各种动物体内的动物纤维素等。纤维素是诸多工业的主要原料，与人类生活密切相关，在造纸工业、纺织工业和木材工业等领域有着多种重要的用途。
纤维素是同质多晶的大分子化合物，它是由结晶区和无定形区联接而成的二相体系，在结晶区内，纤维素分子的排列具有完全的规则性。现已知的纤维素的结晶结构有纤维素I、纤维素Ⅱ、纤维素Ⅲ、纤维素Ⅳ以及纤维素Ⅴ五种。结晶区之间的连接部分为无定形区，结晶区和无定形区无明显的界限，彼此间的过渡是渐变的。结晶区和无定形区间的比例，结晶的完善程度随纤维的种类，纤维的部位而异。因此在纤维素的微细结构中，结晶度是描述纤维素超分子结构的一个重要参数，它表示纤维素中结晶区占纤维总体积的百分率。纤维的物理化学性质都与结晶度有着密切的关系，纤维素结晶度的测试对了解纤维素的性质及林产化学工业、粘胶纤维工业、木材改性诸方面都有重要的意义[1]。
2 竹材纤维素结晶度
竹材为高大、生长迅速的禾草类植物，茎为木质。强度和密度从竹秆基部向上逐渐提高，并因竹种、年龄和立地条件而异。竹材的纤维素含量占了其化学成分的40%至60%。竹材因含有丰富的纤维素，具有优良的力学性能。竹材力学性能与纤维素结晶度正相关，表明了竹材纤维素因为具有结晶结构，成为细胞壁主要的承载结构，其结晶度及聚集体的结构变化在很大程度上都影响了纤维性能[2]。竹材通过热处理、辐照处理等方法所得到的改性材也具有同样的规律。因此测量竹材纤维素结晶度就可以表征竹材及其改性材的力学性能。
邓丽红等[2]用X射线衍射法(XRD)测定了分别用50、60、80Gy的Co-gamma;射线处理后的生青皮竹的结晶度。结果显示未经gamma;射线处理的青皮竹结晶度为50.89plusmn;1.67% ；经50Gy的Co-gamma;处理的青皮竹结晶度为53.11%plusmn;1.91%；经60Gy处理的青皮竹结晶度为53.10%plusmn;0.72%，经80Gy处理的青皮竹结晶度为49.97%plusmn;1.03%。孙丰波等[3]对毛竹的精刨竹条进行辐照处理后，分别从靠近竹黄、竹青部位取竹薄片。利用X射线衍射仪测试竹材结晶度。后表明得出随着辐照剂量的增加，竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势。孙丰波等还利用核磁共振波谱(CP/MAS13C-NMR)和X射线衍射仪,对gamma;射线辐照处理前后的杭州地区的四年生毛竹进行CP/MAS13C-NMR图谱和XRD光谱分析，也得出了竹材纤维素结晶度呈现先升高后降低的趋势这个结论。 楚杰等[4]基于XRD和固体核磁共振技术，综合研究了热处理后竹材结晶度的变化规律。结果显示经过化学热处理 之后，竹材的结晶度指数总体增大。王喆[5]以毛竹为原料，采用XRD法测试毛竹纤维素结晶度。结果显示竹肉与竹黄1年生至2年生间的结晶度有明显的下降，竹青只出现极小幅度的下降，之后各部分均呈现先升后降的波动；纵向部位结晶度的变化无明显规律；径向部位结晶度的变化趋势为由内而外逐渐增大。
因为竹材有着大量结晶度高的纤维素，所以可以用来制作纸浆。但因为其分子间存在大量氢键，高反应性的羟基封闭在结晶区内，所以需要进行预处理来打开结晶区。可以通过测量纤维素结晶度的变化来判断预处理的效果。郭静等[6]用丙酮/NaOH等10种化学试剂体系对竹纸浆纤维素进行预处理，选出预处理效果好的纤维素进行XRD和FT-IR测试，测定对应体系下纤维素结晶度。结果显示纤维素经NaOH/H2O2/H2O、EG/H2O2 /H2O和EtOH/NaOH体系处理后，结晶度由65.3%分别下降为61.3%、63.7%和49.8%。
图1 不同体系预处理纤维素的X射线衍射图
Fig.1 XRD spectra of the pretreated cellulose by Different systems
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