纳米纤维素晶须与聚烯烃弹性体协同增韧增强聚丙烯三元复合材料性能研究

通过羧基化纳米纤维素晶须(NCW)与溴代烷反应得到烷基化纳米纤维素晶须(D-NCW),再使其与反应型弹性体酯化剂POE-MAH接枝反应得到表面POE接枝的纳米纤维素晶须(POE-NCW)分散液;然后采用溶液浇铸法制备POE-MAH/(D)POE-NCW作为加工母粒,最后与PP熔融共混得到三元纳米复合材料。为表征改性前后NCW的形貌与性质,作者测试了复合材料的微观结构、结晶性能、热稳定性和力学性能。结果表明:NCW表面极性和在非极性溶剂的分散性有明显改善;POE-NCW与弹性体形成包覆结构,而D-NCW与弹性体相互独立且存在团聚现象。与空白组PP/POE及只添加D-NCW相比,PP/POE-MAH/POE-NCW的结晶性能、动态机械性能均有明显提高,拉伸强度及耐热变形温度在POE-NCW质量分数为2%时达到最佳,分别相对提升了60%和13℃。     

木粉增强P34HB生物复合材料的制备及其结构性能表征

【目的】通过木粉纤维增强生物塑料聚3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯(P34HB),为生物复合材料的理论研究和生物可降解塑料的广泛应用提供科学依据和理论支持。【方法】以毛白杨木粉和P34HB为原料,采用共混热压法制备P34HB/木粉生物复合材料,基于电子扫描显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、傅里叶红外光谱(FTIR)、动态热机械分析(DMA)和力学性能分析等手段对其结构和性能进行表征。【结果】随着木粉含量增加,生物复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度先增加后减小,冲击强度逐渐下降,拉伸强度、弹性模量和杨氏模量分别增加89%、59%和103%,储能模量E′逐渐增加,tanδ峰值先下降后上升。生物复合材料的高频率模量大于低频率模量,动刚度比静刚度好。相比P34HB,生物复合材料的热分解区间变宽,热解速率变慢,热解剩余质量增加。【结论】随着木粉含量增加,P34HB分子链运动受阻,生物复合材料的储能模量和脆性增大;同时,木粉纤维的成核作用诱导P34HB形成结晶度高、层状结构发达的横晶层,木粉与P34HB之间界面结合力增强,力学性能和热稳定性明显提高。综合考虑,P34HB/木粉生物复合材料的最佳木粉加入量为50%。     

纳米纤维素晶须的制备及应用的研究进展

综述了以天然纤维素为原料制备纳米纤维素晶须,及对其进行表面改性的方法和纳米纤维素晶须应用于精细化工等领域中的研究现状和发展概况。主要介绍了纤维素水解工艺的研究、纳米纤维素晶须的制备方法及工艺、产品结构及性质的表征、纳米纤维素晶须的改性方法及其在精细化工产品、材料学等领域的应用现状。     

烷基化竹纤维素纳米晶增强醋酸纤维素复合膜的制备及性能

为提升竹纤维素纳米晶在醋酸纤维素中的分散均匀性,提高醋酸纤维素复合材料的力学性能,以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)改性的竹纤维素纳米晶作为增强相,柠檬酸三丁酯为增塑剂,使用溶液浇铸法制备改性竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜。采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等方法分析竹纤维素纳米晶的结构,通过扫描电镜、紫外-可见光吸收光谱、力学拉伸试验和热重分析等测试手段表征了复合膜的微观形貌、透光率、力学性能和热稳定性。结果表明：经硅烷偶联剂KH-570改性后,竹纤维素纳米晶在醋酸纤维素基体中的分散性得到明显改善。复合膜的透光率随着改性竹纤维素纳米晶质量分数的增加而下降。当添加的改性竹纤维素纳米晶质量分数为3%时,醋酸纤维素复合膜的综合力学性能最佳,应力和应变分别达到60.76 MPa和5.05%。此外,改性竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜与竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜相比具有更优异的热稳定性。     

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。     

长链酰胺化纳米纤维素增强聚乳酸复合材料

以纳米纤维素(NCC)为原料,先采用四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化制备氧化纳米纤维素(TONC),再与不同链长脂肪胺在催化剂作用下发生反应,得到脂肪胺改性纳米纤维素,当脂肪胺为十二胺(DOA)、十四胺(TEA)、十六胺(HEA)、十八胺(OCA)时,分别制得DOATONC、TEATONC、HEATONC和OCATONC。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和元素分析表明:脂肪链接枝成功,改性后纳米纤维素的晶形没有发生改变,为原有Ⅰ型晶型;接触角和分散性测试表明:随着脂肪链的增长,改性纳米纤维素表面的亲水性明显下降(接触角由65.8°上升至93.9°),而分散率由25.17%先降至11.97%,再升至71.71%。将1%的改性纳米纤维素添加到聚乳酸(PLA)中制得复合膜,机械性能测试结果表明:随着脂肪链的增长,复合膜的机械性能明显提高,其中PLA/OCATONC复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到40.2 MPa和6.39%。     

层状α-磷酸锆的有机改性及其与聚乳酸复合材料研究

通过对层状α-磷酸锆进行二次改性,制备具有力学性能改善的聚乳酸复合材料。首先合成一种新型阳离子插层剂十一烷醇三甲基溴化铵(UHTB),并将其用于层状化合物α-磷酸锆(α-ZrP)的改性,制备得到UHTB与α-ZrP杂化物(UHTB-ZrP),然后,利用丙交酯原位聚合对UHTB-ZrP进行表面接枝改性,得到二次改性层状α-MZrP,进而采用溶液浇铸法制备聚乳酸/有机改性α-磷酸锆复合材料(PLA/MZrP)。分别用红外光谱分析仪、激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、旋转流变仪和热重分析仪等对层状α-ZrP的插层过程、微观结构以及PLA/MZrP复合材料的流变性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:经过一次改性可获得层间距达到1.40 nm的UHTB-ZrP,经两步改性可获得层间距达3.80 nm的MZrP,这种纳米片层能均匀分散在PLA基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。当添加质量分数为1%的MZrP时,PLA/MZrP复合材料的拉伸强度从31.3 MPa提高到53.5 MPa,比纯PLA提高了70.9%,而复数黏度则随着MZrP含量的增加而显著降低。当添加质量分数为3%的MZrP时,在170℃10 Hz时其复数黏度从968.1 Pa·s降低到78.7 Pa·s,比纯PLA降低了91.9%。此外,添加少量的MZrP后,PLA/MZrP复合材料的热稳定性也得到一定的改善。     

纳米EVMT改性聚丙烯薄膜力学性能和阻隔性能的影响

采用自制的纳米蛭石改性剂对聚丙烯进行了改性，并对其拉伸性能、穿刺性能等物理力学性能、阻隔性能及热稳定性进行了测试。实验结果表明：改性剂可以明显提高聚丙烯的力学性能，当 EVM T 的含量达到2％时，其穿刺性能提高了500％；同时随着EVM T含量的增加，改性聚丙烯材料对氧气的阻隔性能显著提高，但透湿能力有多降低；当改性剂含量小于1％时，热稳定性随改性剂的含量增加而增加。     

SI-ATRP法制备纳米纤维素增强热塑性弹性体及其性能研究

以脱脂棉为原料制备纳米纤维素(CNCs),并通过表面引发原子转移自由基聚合法(SI-ATRP),在牺牲引发剂2-溴代异丁酸乙酯(EBiBr)存在的条件下,将甲基丙烯酸月桂酯(LMA)和甲基丙烯酸四氢糠基酯(THFMA)接枝到CNCs的表面,制备了CNCs增强的复合热塑性弹性体材料(CTPEs),并通过FT-IR、1H NMR和GPC证明成功制备了CTPEs。采用DSC和拉伸试验机对CTPEs的热力学性能和机械性能进行分析,DSC测试表明:随着THFMA含量的增加,CTPEs的玻璃化温度(Tg)由-0.04℃逐渐增加到22.58℃,CTPEs的拉伸强度由0.14 MPa增加到6.17 MPa。此外,通过比较具有相同THFMA/LMA单体投料比的CTPE-3与线性共聚物P(LMA-coTHFMA)的机械性能发现:CTPEs的拉伸强度较P(LMA-co-THFMA)提高了3倍,表明接枝后的CNCs可以实现CTPEs力学性能的增强。     

聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜热学性能

以微晶纤维素(MCC)为原料,通过硫酸水解得到纳米纤维素晶体(NCC),再将纳米纤维素晶体与聚乙烯醇复合共混制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体复合膜,研究复合膜的热学性能,同时采用场发射透射电镜(FETEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)等仪器对纳米纤维素晶体及其复合膜进行表征与分析。结果表明:所制得的纳米纤维素晶体直径约2～24nm,50～450nm长,呈棒状;由FE-SEM图可观察到纳米纤维素晶体与聚乙烯醇具有良好的界面相互作用,但在较大添加量7%时,NCC出现部分团聚,与基体的相容性下降;由TG和DSC分析说明NCC与PVA基体可较好相容,形成了热稳定性较好的复合膜,但当NCC添加量较大时,由于团聚使复合膜热稳定性下降。     

马来酸酐和二乙烯基苯共接枝对聚丙烯木塑等温结晶动力学的影响

通过马来酸酐(MAH)和二乙烯基苯(DVB)原位熔融共接枝改性聚丙烯(PP)基体,并直接与木粉熔融共混制备木塑复合材料。利用偏光显微镜(POM)和差示扫描量热仪(DSC),分别研究原位接枝改性对PP基体和木塑复合材料结晶形态及等温结晶行为的影响。结果表明：PP基体分子链上接枝的MAH基团提高了晶核的形成速率,PP晶核尺寸减小;添加DVB与MAH共接枝改性PP后,PP基体的结晶速率进一步提高,晶核尺寸进一步减小。加入木粉后,木粉的异相成核作用提高了PP基体的结晶速率,结晶速率常数K和半结晶时间t_0.5增大;MAH原位接枝改性后,木粉与PP基体之间的界面相容性提高,但MAH接枝PP/木粉复合材料中PP基体结晶速率较未共混MAH接枝PP基体降低;加入DVB与MAH共接枝改性后,复合材料中PP基体的结晶速率较未共混的共接枝PP基体进一步提高。通过Arrhenius方程和Hoffman-Weeks外推法计算结果表明,在共接枝改性体系,少量支链结构的引入降低了复合材料中PP基体结晶所需的活化能,PP基体的快速结晶有利于复合材料的快速成型,但复合材料中PP晶体的热稳定性变差。     

不同溶剂体系制备再生竹纤维素膜及其性能

为寻找制备再生竹纤维素(RBC)膜合适的溶剂体系,本研究分别采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)离子液体(ILs)、氢氧化钠/尿素(NaOH/urea)、二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)以及传统的铜乙二胺(CED)和二硫化碳/氢氧化钠(CS₂/NaOH)6种溶剂体系溶解竹纤维素(BC),通过温度可控平板刮膜实验装置,刮膜后利用相转换法制备RBC膜,研究膜的形貌结构、化学组成、结晶结构、热稳定性、力学性能和透光性能。结果表明,所有膜的化学组成类似于竹纤维素,结晶结构为纤维素Ⅱ型,结晶度低于竹纤维素。NMMO、ILs和NaOH/urea膜的热稳定性最高; NMMO、ILs、Na OH/urea和DMAc/Li Cl膜的拉伸强度均较高; Na OH/urea和ILs膜的透光率最高;CS₂/Na OH膜的热稳定性、拉伸强度和透光率均最低。NMMO、ILs和Na OH/urea溶剂体系在满足再生竹纤维素膜市场和环境要求方面具有巨大潜力。     

丙烯酸/醋酸纤维素超滤膜的改性及制备

亲水性差、水通量低制约了醋酸纤维素膜在水处理等方面的应用。本研究以丙烯酸(AA)为单体对醋酸纤维素粉末进行亲水性接枝改性,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,制备改性醋酸纤维素(CA-g-PAA)膜,并通过添加正硅酸乙酯增加膜的孔洞数量,进而提高膜的水通量。采用傅里叶变换红外光谱、静态接触角测试仪、扫描电镜对改性前后的醋酸纤维素膜的形貌结构、组成及其润湿性能进行表征与分析,并通过力学性能测试及透过性测试,考察改性后醋酸纤维素膜的机械强度及透过性的变化。结果表明:醋酸纤维素接枝丙烯酸单体后,醋酸纤维素膜的亲水性、机械性能及渗透性明显改善,而正硅酸乙酯的添加使得膜的孔洞数量增加,截留率略有下降,膜水通量显著提高。     

纳米纤维素的改性与产业化及其在绿色建材中的应用

作为一种来源丰富且可再生的生物聚合物,纳米纤维素因优异的物理和化学特性而受到广泛关注。然而,未经改性纳米纤维素材料通常表现出较差的热塑性能、过强的亲水性和较低的力学强度,使得产品的热稳定性、受潮稳定性、力学稳定性不太理想。得益于结构中存在的大量化学功能基团,纳米纤维素可以通过各种化学手段实现重要的功能化改性。更重要的是,功能化改性是实现纳米纤维素产业化制备及其在绿色建材领域应用的先决条件。笔者首先综述了纳米纤维素的常见化学改性方法,包括氧化改性、醚化改性、酯化改性、酰胺化改性、非共价表面改性和接枝共聚改性;此外,以中国、北美、日韩和欧洲为例,系统总结了纳米纤维素的产业化进展;在此基础上,对纳米纤维素在绿色建材领域的相关应用进行阐述。通过归纳国内外纳米纤维素产业化关键技术的特点,分析了纳米纤维素现阶段产业化发展所面临的问题与未来方向,为设计与开发含纳米纤维素的高性能绿色建材提供有效指导。     

纳米纤维素基吸油气凝胶的制备及性能

以竹粉为原料制备纳米纤维素基体材料,以聚乙烯醇(PVA)为增强相,在酸性环境下采用冷冻干燥法制得PVA/CNFs(纳米纤维素)复合气凝胶;采用三甲基氯硅烷(TMCS)对其进行疏水改性处理,随后将其浸渍到还原氧化石墨烯(r GO)悬浮液中,最终制得疏水型r GO/PVA/CNFs复合气凝胶;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、接触角(CA)和吸油性能测试,对所制气凝胶的微观形貌、化学结构、疏水性能及吸油性能进行表征。结果表明:制得的复合气凝胶密度为6.78 mg/cm3,具有均匀的三维网状多孔结构,且孔洞结构表面均被石墨烯片层覆盖;经过TMCS疏水处理后,在气凝胶表面形成疏水层结构。FT-IR和Raman分析表明,TMCS疏水改性处理并未改变PVA/CNFs复合气凝胶的化学结构。经疏水处理后气凝胶与水的接触角为138°左右,吸油倍率为78 g/g左右,且吸附过程迅速,饱油后也能悬浮于溶液表面,便于回收再利用。     

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。     

液氮冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶

纤维素气凝胶被誉为继有机气凝胶和无机气凝胶之后的新一代气凝胶,是新生的第三代材料,在吸附材料等领域具有广阔的应用前景。笔者先以微晶纤维素(MCC)为原料经硫酸水解法制得纳米纤维素(NCC),再通过无机盐溶液物理凝胶成型法、叔丁醇置换和液氮冷冻干燥制备球形纤维素气凝胶。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、万能力学试验机、热重分析仪、全自动比表面积及孔隙分析仪对所制备的纳米纤维素气凝胶的力学性能、微观形貌、比表面积、孔径分布及热稳定性进行表征分析。结果表明,液氮冷冻干燥法制备的球形纳米纤维素气凝胶主要为疏松多孔的三维层状结构同时存在少量三维网络结构,其比表面积在104.07~164.97 cm~2/g之间,孔径主要分布在10~25 nm内;纳米纤维素气凝胶的力学性能、压缩强度、密度随着纳米纤维素质量分数的增加而变大;纳米纤维素气凝胶的热稳定性与微晶纤维素和纳米纤维素相似。     

液相混合法制备纳米纤维素晶须/ABS复合材料

采用液相混合法制备了纳米纤维增强苯乙烯-丁二烯-丙烯腈(ABS)复合材料,研究了纳米纤维素晶须(NCW)含量对复合材料性能影响。SEM测试表明,添加少量的NCW即会对复合材料的断裂面形态造成明显影响。热重分析发现,NCW的加入会降低复合材料的热稳定性。当NCW含量为10%时,复合材料热分解温度下降20%。红外光谱(FTIR)测试表明,在复合材料中纳米纤维素间的自由羟基和氢键数量明显下降。拉伸性能和动态机械性能测试表明,NCW含量为5%时复合材料的性能增加明显,拉伸强度上升11%,模量上升19%。研究结果表明,采用液相混合法制备纳米纤维素晶须/ABS复合材料时,丙酮溶液和ABS中存在的—CN对改善复合材料的界面相容性尤为关键。     

纳米纤维素在纸基功能材料中的应用进展

介绍了纳米纤维素的分类及性质,纳米纤维素分为纳米纤维素晶体(NCC)、微纤化纤维素(MFC)和细菌纳米纤维素(BNC)。NCC呈棒状晶须结构,结晶度高且具有高的力学性能;MFC呈纤丝状,具有宽的尺寸范围和更大的长径比,比表面积大,成氢键能力强;BNC呈超细网络状纤维结构,化学纯度和聚合度高,保水能力强。综述了纳米纤维素在纸基增强材料、纸基抗菌材料、纸基过滤材料、纸基导电材料、纸基发光材料、纸基绝缘材料、纸基疏水材料和纸基传感器材料领域的应用现状,并对其在纸基功能材料未来发展方向进行了展望。     

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。