纳米TiO_2/硬脂酸超疏水材料的制备与表征

为探究适合工业化生产的纳米TiO_2疏水修饰工艺,以便宜无毒的钛酸四丁酯、硬脂酸、无水乙醇等为原料进行了研究。通过对光学接触角测量仪的数据分析,得出水接触角最优的纳米TiO_2疏水材料制备工艺为:将0.2 g TiO_2放入70 mL无水乙醇中超声1 h,再加入1 g硬脂酸,继续超声30 min;接着将超声后的混合液70℃磁力搅拌12 h,然后常温磁力搅拌使得混合溶液稳定6 h,再加入等体积无水乙醇后离心去除上清液,120℃鼓风干燥,最终得到超疏水材料,水接触角166°。该工艺操作简单方便,成本低、疏水性好,适应工业化生产,极具商业价值。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和场发射扫描电子显微镜(SEM)等对内部机理进行探究,得出表面修饰物硬脂酸以化学方式吸附于材料表面。     

仿生超疏水木材表面微纳结构制备研究进展

仿生构建超浸润界面材料在自清洁、生物防污、防水抗结冰等领域具有巨大的潜力,但目前在木材科学领域的设计、制备和实践应用依然存在很大的挑战.根据仿生学原理,笔者简述了超疏水表面相关设计的基本理论以及多尺度粗糙结构在优化不可润湿表面结构中的作用,总结了 3种构建仿生超疏水木材的有效途径,推导出本征接触角的计算公式及体系自由能...     

超疏水纤维素复合气凝胶的制备及其油水分离

纤维素气凝胶因具有强亲水性和低油水选择性,且目前纤维素气凝胶表面的疏水化处理过程较冗长,限制了其在油水分离领域的应用。为了解决上述问题,笔者以硫酸水解微晶纤维素制备得到的纳米纤维素(CNC)为原料,利用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)在水相中对其进行硅烷化改性,通过冷冻干燥得到了硅烷化纤维素复合气凝胶。结果表明:所制备的纤维素复合气凝胶具有轻质、多孔特性,随着MTMS添加量的增加,密度逐渐升高(≤0.012 0 g/cm^3),孔隙率略有下降; MTMS的加入对纤维素复合气凝胶的微观形貌影响不大,其骨架结构以二维片层形貌为主,聚甲基硅氧烷均匀地包覆在纤维素片层表面; MTMS的加入使纤维素复合气凝胶的热稳定性明显提高,且未改变纤维素气凝胶的晶型结构,但导致其结晶度逐渐下降。纤维素复合气凝胶的表面接触角随着MTMS添加量的增加而升高,最高达到153.7°,表现出优异的超亲油/超疏水性能。作为吸油材料,超疏水纤维素复合气凝胶不仅可以吸附多种油类和有机溶剂(吸附容量达到52～121 g/g),而且表现出很好的循环使用性能。     

竹材表面ZnO超疏水涂层的制备及表征

基于"荷叶效应"仿生原理,首先采用传统一步法和晶核辅助生长法合成ZnO纳米颗粒,再通过层层自组装法分别在竹材表面构建2种不同的微纳结构,并用低表面能物质十七氟癸基三甲氧基硅烷进行修饰,获得超疏水层,最后对其性能进行表征。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察显示,传统一步法制备的ZnO纳米颗粒呈球形结构,粒径为200～400 nm,在竹材表面相对分散,粗糙度为18.6;而晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒呈纺锤形,粒径为100～300 nm,且具有明显的分层结构,粗糙度为28.9。水静态接触角测试结果显示,随着自组装次数增加,接触角先增加后减少,当自组装次数达到20次时,传统一步法和晶核辅助生长法制备的ZnO纳米颗粒构建的微纳层的水静态接触角达到最大值,分别为142.4°和152.4°,后者达到了超疏水的要求。酸碱试剂浸渍评价纳米颗粒的耐久性结果表明,2种方法制备的ZnO纳米颗粒在强酸强碱溶液中浸泡后,接触角均无明显变化,传统一步法制备的竹材接触角在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在141.1°和141.7°;晶核辅助生长法制备的竹材在pH 2的盐酸和pH 12的氢氧化钠溶液中分别浸渍12 h后,接触角仍保持在150.2°和150.8°。耐磨性测试结果表明,2种方法制备的疏水竹材具有较好的耐磨性,在30cm的线性摩擦试验后,传统一步法制备的竹材接触角仍在142°左右,晶核辅助生长法制备的竹材接触角在150°左右。X射线衍射测试结果显示,2种方法制备的疏水涂层均具有明显的ZnO晶体的衍射特征峰。2种竹材样品在XRD曲线上均出现了32.45°,34.76°,36.82°和47.65°等一系列新衍射峰,而且这些衍射峰与标准的纤锌矿ZnO的XRD卡片(JCPDS,36-1451)一致。     

聚乙二醇对表面改性CNF/PLA复合材料性能的影响

目前,溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料,常将纳米纤维素直接加入聚乳酸,导致制备的复合材料各项机械性能普遍降低。为了改善其机械性能,笔者采用聚乙二醇2000作为塑化剂处理纳米纤维素,制备聚乳酸/纳米纤维素/聚乙二醇三相复合材料。通过对复合材料的微观形貌观测,力学性能分析和热稳定性分析来确定聚乙二醇的影响机制。试验结果表明,添加2%～4%聚乙二醇2000的三相复合材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率得到了提高,材料的热稳定性相对纯聚乳酸发生了下降。而随着聚乙二醇含量逐渐增加至8%,材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率都出现了降低,而其热稳定性回升,复合材料的玻璃化转化温度(TG)大约提升了5～6℃。同时,研究发现保持一定的聚乙二醇/纳米纤维素添加比例可获得分散均匀、性能优良的复合材料,团聚现象明显减少。综上,经过一定量的聚乙二醇2000表面改性可促进纳米纤维素在聚乳酸中的均匀分散,从而增强复合材料的综合机械性能。     

化学交联贻贝仿生超疏水木材的构建与性能表征

聚多巴胺(PDA)修饰的木材表面具有较强粘附特性和表面化学反应活性,通过引入氨基改性纳米二氧化硅(SiO;)粒子构建木材粗糙表面,采用乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,提高纳米SiO2粒子在木材表面的稳固性,采用十八烷基三甲氧基氯硅烷为低功能化改性剂制备表面稳固的超疏水木材。研究表明:当纳米SiO;粒子浓度为2%时,接触角最大为156.6°,滚动角为4.7°,超疏水木材表面经过超声波震荡、模拟下雨冲刷、加热、酸碱腐蚀及有机溶剂浸泡等处理后,仍具有较强的超疏水稳固特性。     

纤维素基超疏水材料的研究进展

纤维素是一种可再生的生物材料,具有良好的力学性能、柔韧性和透气性。通过对纤维素表面进行物理和化学改性,可实现纤维素表面超疏水化,从而扩大纤维素的应用范围。本文概述了纤维素基超疏水材料的研究成果和现状,重点介绍了浸渍法、喷涂法、接枝聚合法、气相沉积法、水热法等方法在滤纸、棉纤维、微球等纤维素基材上构建纤维素基超疏水材料。     

超疏水性纤维的制备及其吸油能力的研究

研究正硅酸乙酯(TEOS)以及十八烷基三氯硅烷(OTS)对棉纤维、亚麻纤维和木纤维进行疏水处理,通过接触角测量、FT-IR、XRD、TGA以及SEM等分析方法对三种纤维处理前后进行化学结构和微观形貌表征。本实验随后使用三种疏水纤维对7种不同粘度、不同密度的油进行吸附测试,实验测得疏水棉纤维吸油量是原棉纤维的4~7倍,而疏水棉纤维对大豆油的吸油量达到23.97 g/g。最后对棉纤维吸油循环性能进行测试,发现随着循环次数的增加,吸油量仍可以达到理想水平。     

纳米纤维素疏水改性的研究进展

纳米纤维素是从天然纤维素中提取的一种纳米级纤维素,它不仅具有纤维素的基本特征,还具有因纳米尺寸带来的大的比表面积和独特的强度以及光学性能,但纤维素中存在的游离羟基具有亲水性,使纳米纤维素材料在潮湿环境中的挺度下降,这限制了它的应用领域,因此,对纳米纤维素进行疏水改性可扩大其适用范围。本文综述了近年来对纳米纤维素进行疏水改性的方法,主要包括物理吸附改性、酯化/乙酰化改性、接枝共聚改性、硅烷偶联剂改性等,总结了上述方法的研究成果及优缺点,对今后的发展方向做出展望,以期为疏水改性研究提供借鉴和参考。     

二氧化钛/壳聚糖/丙烯酸复合水凝胶的原位交联及性能

壳聚糖基复合材料在水凝胶领域应用广泛,但其制备过程中通常需要有毒性的化学交联剂和经过繁琐的化学修饰等过程。将壳聚糖、丙烯酸和钛酸四丁酯共混,在遇水后,通过钛酸四丁酯的原位水解形成的纳米二氧化钛作为物理交联剂,一步法制备复合水凝胶,过程简单且无需化学交联剂。在此复合水凝胶中,纳米二氧化钛作为交联剂和光催化剂,丙烯酸可以提高壳聚糖的吸水性,同时丙烯酸和壳聚糖表面的羟基和氨基等基团又可以增强二氧化钛的光催化性能。利用X射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电镜和透射电镜等考察其形貌与结构等特征,并通过吸水试验和亚甲基蓝的光降解试验测试了其溶胀及光催化性能。结果表明:该复合水凝胶内部为多孔结构,粒径约为5~12 nm的二氧化钛均匀分散在复合水凝胶中,无团聚现象。该复合水凝胶材料具有优良的吸水性,其饱和吸水率约为1500%,在模拟自然光下对亚甲基蓝有较好的光催化降解效果。以上结果表明该材料在污水处理领域具有一定的应用前景。     

真空浸渍法制备纳米Ag/TiO_2木基复合材料的工艺优化

近年来,纳米Ag/TiO_2防霉剂因具有化学性质稳定、催化活性高、成本低、环境友好等特点而受到广泛关注。但纳米Ag/TiO_2极易团聚,其使用范围和效果受到了限制。笔者采用真空浸渍法,得出纳米Ag/TiO_2防霉剂浸渍木材的理想工艺和防霉性能。通过直观分析和方差分析探究真空度、真空时间、防霉剂浓度三因素对樟子松载药量和抗流失率的影响。采用模糊数学综合评判法对载药量和抗流失率进行综合评判。研究发现,防霉效果较浸渍前提高14.5倍,防治效果达到96.67%。     

杉木／二氧化硅复合材料的制备及其尺寸稳定性

用满细胞法将高固含量的二氧化硅溶胶压注入杉木,制备出杉木/二氧化硅复合材料,并用扫描电子显微镜(SEM)对复合材的微观结构进行了表征。研究表明:复合材的抗膨胀系数(ASE)、阻吸湿系数(MEE)分别增加了32.6%和14.8%,材料的尺寸稳定性能明显提高。     

长链硅烷改性杨木纤维的制备及其表征

分别以十六烷基三甲氧基硅烷(HDS)和1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷(FDS)为改性剂、乙醇/水溶液为分散介质,采用浸渍法和喷雾法对杨木纤维(PWF)表面改性,制得HDS浸渍改性杨木纤维(HPWF)、FDS浸渍改性杨木纤维(FPWF1)和FDS喷雾改性杨木纤维(FPWF2)。考察了溶剂配比、硅烷用量、硅烷水解温度和时间、反应温度及反应时间等因素对PWF表面改性效果的影响,并通过红外光谱(FT-IR)、接触角测量、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)及扫描电镜(SEM)等方法表征了改性前后PWF的结构与表面性能,结果表明:在乙醇质量分数60%乙醇/水溶液中以HDS与PWF活性羟基物质的量比0.4∶1、HDS于60℃水解1 h,再与PWF于60℃反应1 h,所得HPWF的表面接触角达139°;在乙醇质量分数50%乙醇/水溶液中以FDS与PWF活性羟基物质的量比0.16∶1、FDS于60℃水解1 h,再与PWF于60℃反应1 h,所得FPWF1的表面接触角达141°;FDS与PWF活性羟基物质的量比0.008∶1,经喷雾搅拌使纤维表面润湿后于120℃活化反应1.5 h,所得FPWF2的表面接触角达138°。与浸渍法相比,喷雾法具有硅烷用量小、工艺简单、清洁高效等特点。此外,改性后杨木纤维的结晶度提高(由62.1%提高到67.7%~69.7%),表面变得粗糙,比表面积增加,表面极性降低,疏水性能显著提高,有利于改善与疏水性基体树脂的界面相容性与粘结作用。     

不同制备工艺对木纤维/聚乳酸复合材料性能影响

采用双螺旋挤出成型、模压成型和注塑成型3种不同成型工艺制备木纤维/聚乳酸复合材料,通过对比不同制备方法对复合材料密度、静曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击韧性的影响可知:使用挤出成型方法制备的木纤维/聚乳酸复合材料的密度最大,各项物理力学性能也显著高于使用注塑法和模压成型制备的复合材料试件。     

海藻酸钠/纤维素复合微球的制备及性能表征

以短绒棉浆为原料,在NaOH/尿素溶剂体系中将纤维素与海藻酸钠按比例混合,采用溶胶凝胶转相法制备系列海藻酸钠/纤维素复合微球(SACCM),并探讨了SACCM对水相中磷酸根离子的吸附能力。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和激光粒度分析仪等对复合微球的结构和性能进行了分析。研究结果表明:系列复合微球均成球形,平均粒径约为360μm,微球均表现为具孔的三维网状结构,孔径2～5μm;通过FT-IR谱图可以看出,纤维素未与海藻酸钠发生化学反应,而是通过物理复合成球。吸附实验结果表明:复合微球对水相中磷酸根均具有较强的吸附性能,且吸附能力随着海藻酸钠质量分数的增加而变强,当海藻酸钠质量分数20%(SACCM20)时,对磷酸根的吸附性能最强,吸附效率可达到85.58%。     

松香酸封端的二聚脂肪酸/聚乙二醇聚酯的合成及性能表征

以妥尔油脂肪酸二聚酸为原料,先与聚乙二醇(PEG 400)缩聚后得到聚酯,然后再用松香对聚酯封端,制备了松香基聚酯醚型非离子高分子表面活性剂,并对其性能进行了研究。聚酯适宜的制备工艺条件:减压条件下,反应物二聚酸与聚乙二醇的摩尔比为1∶1.20,催化剂SnC l2用量为二聚酸质量的0.30%,反应温度200℃,反应时间6 h,酯化率达到98.11%。产物的数均相对分子质量(Mn)6 135,重均相对分子质量(Mw)7 438,相对分子质量分布系数(Mw/Mn)为1.212且呈好的窄分布状态。正交试验优化后的松香封端反应的条件为:再补加聚酯质量0.20%的催化剂SnC l2,聚酯与松香物质的量之比为1∶1.30,反应温度215℃,反应时间2.8 h,封端率达62.75%。红外光谱验证了目标产物的存在。性能研究表明,产物具有很好的钙皂分散力、消泡和抑泡力、乳化性和乳化稳定性。     

聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

桐马酸酐甲酯接枝改性杨木粉的制备及其表征

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂、吡啶为催化剂,采用桐马酸酐甲酯(MEMA)对杨木粉(PWP)表面接枝化学改性。研究了反应物料配比、反应温度、反应时间及催化剂用量对杨木粉改性反应的影响,并通过接触角测量、元素分析、红外光谱(FT-IR)、13C固体核磁共振光谱(13C CP-MAS NMR)及扫描电子显微镜(SEM)表征了改性杨木粉的结构与表面性能。实验结果表明:以MEMA与PWP质量比7.5∶1,催化剂吡啶用量为杨木粉质量的5%,120℃反应6 h,制备的桐马酸酐甲酯改性杨木粉的质量增加率为20%～25%;改性后杨木粉疏水性增强。     

Ni-P/rGO复合催化剂的制备、表征及其松香加氢性能研究

以鳞片石墨为原料,采用改良后的Hummer s法制备了氧化石墨烯(GO)分散液,然后以化学还原法制备非晶态Ni-P/rGO复合催化剂,并以松香加氢为探针反应考察了催化剂制备条件对催化性能的影响,进一步通过正交试验优化了松香加氢反应的工艺条件。结果表明:在Ni元素与GO质量比为6∶1、溶液pH值为11、n(P)/n(Ni)为5∶1、温度为70℃的优化制备条件下,以及反应时间4.5 h、催化剂用量5%、反应温度200℃和反应压力4.5 MPa的适宜加氢反应条件下,该催化剂对松香加氢具有较高的活性,枞酸型树脂酸转化率达99.37%,且重现性良好,该催化剂重复使用7次仍能保持较高的催化活性。X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明:非晶态Ni-P/rGO复合催化剂已经成功制备,未与rGO复合的Ni-P粒子颗粒较大且分散性较差,使用7次后复合催化剂中Ni 0含量相对下降,活性组分流失导致催化活性稍有降低。