纳米纤维素在微胶囊中应用的进展

纳米纤维素来源广泛,具有优异的化学和电化学稳定性,机械强度和刚度高,大表面积以及轻质等特点,同时还具有广泛的可利用性、可再生性和生物降解性,已成为纳米技术研究重点之一。作者归纳纳米纤丝化纤维素、纳米晶纤维素、细菌纳米纤维素的制备方法,及在微胶囊壁材应用方面的研究进展,提出今后纳米纤维素在微胶囊应用领域的研究方向。     

天然木质微/纳纤丝增强纳米复合材料的研究现状

纤维素是世界上最丰富、可再生且能生物分解的天然高分子聚合物,其强度主要来源于镶嵌于木素和半纤维素形成的基质结构中的微/纳纤丝或针状晶体——一种完美的高强度的纳米晶体结构。近二十多年来,如何从纤维素中分离微/纳纤丝和用其来增强高分子聚合物受到许多学者的关注。本文简要叙述了木质微/纳纤丝的分离和性能评价方法以及其增强的纳米复合材料的制备和特性检测手段。     

不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角

【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。【结果】毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。【结论】生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。     

2种农作物秸秆纤维细胞壁的纳米力学性能

利用纳米压痕仪对2种农作物秸秆纤维细胞壁的纳米力学性能进行研究.结果表明:麦秸纤维细胞壁纵向弹性模量高于稻秸纤维细胞壁纵向弹性模量,其数值分别为20.8和19.4 GPa;2种秸秆纤维细胞壁硬度数值分别为0.65和0.50 GPa.在纳米尺度下,秸秆纤维细胞壁纵向弹性模量低于多数阔叶树材,但高于针叶树材和再生纤维素纤维,其细胞壁硬度的平均值高于木材及再生纤维素纤维.     

基于纳米压痕技术的木材胶合界面力学行为

【目的】研究木材胶合界面的静态和动态力学行为,探讨树脂渗透对木材管胞壁层力学性能的影响,为木质复合材料制造工艺优化和增强改性提供理论依据。【方法】采用纳米压痕静态和动态力学测试技术(Nano-DMA),对针叶材火炬松与酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)胶黏剂所形成胶合界面区域各相材料的静态弹性模量、硬度、蠕变性能以及储能模量和损耗模量等力学行为进行分析。【结果】静态力学行为方面,在界面区域,PF和UF渗透进入管胞壁层后,木材管胞壁的弹性模量( E r)和硬度( H )提高;经PF渗透后,木材管胞壁的 E r和 H 分别增加7%和26%;Burgers蠕变力学模型可有效描述胶合界面区域管胞壁的纳米压痕蠕变特性,经树脂渗透后,木材管胞壁的瞬时弹性模量增加,黏弹性模量和黏性系数减小;在保载初期,PF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降60%,UF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降58%。动态力学行为方面,随着加载频率增加,界面材料的储能模量( E ′ r)逐渐增大,而损耗模量( E ″ r)和损耗因子(tan δ)呈减小趋势;当加载频率为10 Hz时,PF和UF树脂渗透使得管胞壁层的储能模量分别增加16%和29%。【结论】胶合界面区域胶黏剂进入管胞壁层,对木材管胞的静态力学性能具有增强作用,同时胶黏剂可提高管胞壁的短期抗蠕变能力;木材管胞壁具有较高的储能模量和损耗模量,而树脂的储能模量和损耗模量较低,经树脂渗透后,木材管胞壁的储能模量增加,但损耗模量和损耗因子呈下降趋势,可能对界面传递和分散应力产生不利影响。     

纳米压痕技术在木材科学中的应用

纳米压痕技术是在亚微米尺度下决定一种材料机械属性的测试方法。文中对纳米压痕技术的测试原理及其在木材科学中的应用现状进行了较为详细的论述。     

基于CONE法的热处理杨木燃烧特性研究

利用锥形量热仪CONE对不同热处理工艺下的杨木燃烧行为进行研究。结果表明:热处理后杨木中亲水的羟基、羰基数量明显减少,大量半纤维素降解。木材试样从外部热源引燃到燃烧结束,出现两个主要放热峰。热处理后杨木引燃和燃烧过程的发烟量较大,且热处理杨木引燃时间更短。热处理材的热释放峰值pk-HRR、平均热释放速率av-HRR和总热释放量THR均低于未处理材,表明其燃烧强度低于未处理材。热处理杨木燃烧过程的总烟释放量TSP较未处理材有所增加,同时其引燃时间也有所缩短。因此,对用于家具和室内装饰的热处理木材,建议进行恰当的阻燃处理。     

基于扫描热显微镜的木材细胞壁导热特性

【目的】基于扫描热显微镜(STh M)对木材细胞壁横切面和径切面进行扫描,研究木材微观尺度的导热特性,以获得木材细胞壁微观组成和构造对导热特性的影响机制。【方法】使用钻石刀对北美红栎试样进行显微切片以获得足够光滑的试样表面,制备符合扫描热显微镜和显微拉曼光谱测试要求的试样。采用扫描热显微镜的热传导对照模式对北美红栎纤维细胞区进行扫描成像。【结果】STh M测试结果表明,STh M探针在横切面对木材细胞壁进行扫描时,细胞壁胞间层和角隅区域的STh M探针电流强度明显低于S2层,即细胞壁胞间层和角隅区域的导热能力显著低于S2层;而在径切面,STh M探针扫描后细胞壁S2层和胞间层及角隅区域的探针电流差异不明显,即S2层、胞间层和角隅区域的导热能力未表现出明显差异。显微拉曼光谱测试结果表明,相比S2层,胞间层和角隅区域拉曼谱图中归属木质素的特征峰强度相对归属纤维素的特征峰明显要强。选用归属木质素的1 520~1 680 cm-1波数范围对细胞壁进行拉曼成像,成像结果显示木质素在细胞壁胞间层和角隅区域含量高。【结论】木材细胞壁S2层、胞间层和角隅区域的导热能力在横切面表现出明显差异,而在径切面差异不明显。木材细胞壁在横切面表现出S2层导热能力强的原因,主要是由细胞壁不同壁层的空间构造特征差别造成的。S2层纤维素含量高,纤维素结构单元微纤丝排列接近平行于细胞轴向,由此在横切面施加热量后热量在S2层顺纹传递,而胞间层和角隅区域木质素含量高,在此两区域化学成分排列呈无序状态,因而表现出S2层导热能力强。当STh M探针从径切面施加给细胞壁热量后,热量在S2层中的传递近似垂直于微纤丝,即热量从横切面的顺纹传递转变为横纹传递,由此造成横切面S2层导热能力强的条件消失,进而在径切面S2层与胞间层和角隅区表现出的导热能力基本一致。STh M技术揭示了木材细胞壁中纤维定向排列结构对细胞壁不同壁层导热性能的影响,该技术可以有效用于研究木材微观导热性能与结构。     

竹木复合定向刨花板强度性能研究

本文论述了竹材、意大利杨复合定向刨花板的强度性能,就胶种、刨花厚度、竹材所占比率、板密度、板坯结构、施胶量等诸因子对板材强度性能的影响进行了探讨。结果表明:(1)胶种对竹木复合定向刨花板的强度影响不大;(2)降低刨花厚度或提高板密度均可使板材强度提高;(3)单层结构的复合定向刨花板强度最高;(4)提高板材中竹材的比率可使板子强度明显改善;但竹材比率过高时,板材强重比反而下降,呈开口向下的抛物线型变化;(5)酚醛树脂定向刨花板的强度随原料酸性增大而降低。     

定向刨花板的应用现状与增值加工

OSB是一种环境友善、符合可持续发展的材料。笔者介绍了OSB特点、国内外生产现状,尤其是介绍了OSB在北美住宅及其他工业中的应用情况,以及为拓展其用途而进行的OSB产品增值加工研究。