聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜的制备与性能

利用生物质纳米纤维素纤维的高强度和高长径比,向聚乙烯醇中引入纳米纤维素,可改善薄膜的拉伸性能。针对聚乙烯醇阻隔性能的改善问题,选用片层的还原氧化石墨烯作为增强相,将自制的纳米纤维素和氧化石墨烯加入聚乙烯醇溶液中,以D-果糖为绿色还原剂,分别添加质量分数0.2%,0.4%,0.6%,0.8%的还原氧化石墨烯,采用浇涂法制备聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜。通过纳米纤维素与石墨烯的协同增强作用,研制了兼具优良阻隔性能和拉伸性能的生物降解薄膜。结果表明,当纳米纤维素和石墨烯质量分数分别为0.8%和0.6%时,聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜的拉伸强度、氧气透过系数、对水的接触角和吸水率分别为88.76 MPa、0.592×10-15cm~3·cm/(cm~2·s·Pa)、90.5°和72.9%。但石墨烯的用量存在一个阈值,当质量分数高于0.6%时,复合薄膜的力学和阻隔性能反而下降。     

纳米纤维素/聚丙烯酸⁃聚丙烯酰胺双网络导电水凝胶的合成与表征

将AA(丙烯酸)和AM(丙烯酰胺)单体通过自由基聚合及物理交联构建PAAAM(聚丙烯酸-聚丙烯酰胺)水凝胶的基本骨架,再将TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)纳米纤维素-石墨烯(TOCN-GN)纳米导电复合物作为纳米增强相均匀分散到水凝胶基体中,通过Fe~(3+)物理交联水凝胶中的羧基形成离子配位键,建立更加紧密的交联网络,合成双重物理交联TOCN-GN/PAAAM复合水凝胶。TOCNs起到了纳米增强和协助分散GN的双重作用,而GN在提高力学性能的同时,也赋予水凝胶优异的导电性能。通过对复合水凝胶的化学结构、微观形貌、力学强度和导电性能等分析发现:当TOCNs的质量分数为2.0%,GN的质量分数为0.7%,Fe~(3+)浓度为0.10 mol/L时,导电水凝胶的综合性能最佳,如良好的抗压强度(2.15 MPa)、可拉伸性(当断裂伸长率为568.4%时,拉伸应力到达132.0 kPa)、优异的自恢复性能和抗疲劳能力(60 min内恢复效率高达92.1%)。由于GN和Fe~(3+)的存在,TOCNs可协助GN形成良好的导电通路,电导率可达2.49 S/m。此类复合导电水凝胶有望在可穿戴传感设备领域得以应用。     

NCC/NaClO氧化淀粉的制备及其对复合膜性能的影响

以玉米淀粉为原料,纳米微晶纤维素(NCC)/NaClO为氧化体系,探讨NaClO用量(以有效氯与绝干淀粉质量比计)对玉米淀粉氧化程度,以及氧化淀粉-聚乙烯醇/甘油(PVA/GL)共混复合膜性能的影响,分析表征了氧化淀粉的羧基含量、相对分子质量、表面形貌、晶体结构和复合膜的性能。研究结果表明:在NCC催化作用下,淀粉的氧化程度随NaClO用量的增加而提高,羧基含量在NaClO用量为10.0%时最高达到1.17%,比不添加NCC的NaClO氧化淀粉的羧基含量0.36%有明显提高;相比原淀粉,NaClO用量为8.0%时氧化淀粉的重均和数均相对分子质量分别降低了97.40%和97.27%。随着NaClO用量的增加,氧化过程使淀粉颗粒表面发生侵蚀且结晶度降低,但淀粉基复合膜的透明度提高(最高可达78.50%);随着NaClO用量的增加,复合膜的耐水性逐渐提高,接触角逐渐增加,同时复合膜的透气度显著降低,拉伸应力逐渐提高而拉伸应变降低;当NaClO用量为10%时,复合膜的质量损失比为23.14%,15 s时接触角为101.0°,透气度为0.10 cm~3/(cm~2·s),拉伸应力为24.01 MPa,拉伸应变为2.14%,杨氏模量为1 452.25 MPa。     

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%。     

木质素荧光碳点-聚乙烯醇薄膜湿度传感器的制备及性能

实现家居环境中湿度监测和预警对人体健康具有重要意义,但基于碳点的湿度研究尚在初级阶段。以木质素为碳源,以间苯二胺、盐酸为掺杂剂,采用一锅水热法在水热反应温度为200℃,反应时间为10 h时获得碳点(carbon dots, CDs),并结合红外光谱、X射线光电子能谱、透射电镜和荧光分光光度计等进行测试分析。结果表明,该碳点的荧光量子产率达14.81%,在水溶液中表现出明显的紫外光区吸收特性,而且当激发波长为440 nm时,其荧光强度最高,并发出绿色荧光(发射波长为512 nm)。采用该碳点与聚乙烯醇构建的薄膜湿度传感器不仅表现出良好的湿敏性,而且具有良好的荧光性能和拉伸性能：当相对湿度从50%增加到90%时,传感器呈现明显的颜色变化,即该传感器在不同湿度下产生不同的响应;加入CDs后聚乙烯醇薄膜在365 nm的紫外光下产生明亮的绿光发射,其拉伸强度从58.36 MPa提升到92.46 MPa,断裂伸长率从237.15%提高到279.17%。该木质素荧光碳点-聚乙烯醇薄膜湿度传感器在家居环境中具有良好的应用潜力。     

PAM/PEGDA相变储能导电木膜的制备与表征

以轻木为基材,以丙烯酰胺(AM)为改性单体,添加聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为相变基元和交联剂,通过自由基聚合的方法制备了一种具有固-固相变储能的木膜。通过傅里叶红外光谱测试、机械性能测试、X射线衍射、差示扫描量热法以及热失重测试分析了样品的结构与性能。结果表明,轻木基板浸渍AM和PEGDA后力学性能显著提升;PEGDA含量为2.5%(质量分数)时,木膜拉伸强度取得最大值2.85 MPa;断裂伸长率在0.5%(质量分数)时取得最大值6.06%;PEGDA含量为2.0%(质量分数)时,木膜结晶度取得最大值47.7%;木膜的相变潜热焓在PEGDA含量2.0%(质量分数)时,达最大值25.63 J/g;木膜具有各向异性导电性能,沿纤维方向(x方向)最大电导率为2.99 S/m,垂直纤维方向(y方向)最大电导率为2.01 S/m;木膜浸渍0.5 mol/L FeCl_3溶液比浸渍相同浓度NaCl和AlCl_3溶液的电导率高,浸渍NaCl、AlCl_3和FeCl_3后,沿纤维方向木膜的电导率最大值分别为0.01,0.02和2.99 S/m,垂直于纤维方向电导率最大分别为0.03,0.04和2.01 S/m。聚丙烯酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯(PAM/PEGDA)相变储能导电木膜有望作为新型木基环保导电薄膜材料应用于柔性电子可穿戴领域及绿色建筑材料。     

抗静电脱硫石膏纤维板的研制

以枝桠材及加工剩余物为主要原料制备木质纤维作为增强材料,工业排烟脱硫废弃物经煅烧制得的半水硫酸钙为粘结剂,加入高效复合缓凝剂增加脱硫石膏的初凝时间,满足生产工艺要求;加入导电炭黑使最终生产出的脱硫石膏纤维板的系统电阻降低,达到抗静电产品要求。试验结果表明:A型导电炭黑加入量为脱硫石膏质量分数的11%时,B型导电炭黑加入量为脱硫石膏质量分数的5%时,抗静电脱硫石膏纤维板的系统电阻可满足LY/T 1330-1999《抗静电木质活动地板》标准要求,此时抗静电脱硫石膏纤维板的物理力学性能达到相关标准要求。     

聚乙烯醇对粉状脲醛树脂复水性能的影响研究

以改善粉状脲醛树脂复水性能为目的,探讨聚乙烯醇对粉状脲醛树脂复水后液体胶的黏度、沉降性的影响,并通过正交试验分析树脂固体含量、氯化铵、聚乙烯醇各因素对板材胶合强度的影响,确定胶合强度最优时各因素的主要参数。试验结果表明:聚乙烯醇的加入可提高粉状脲醛树脂胶黏剂的黏度。当聚乙烯醇加入量为10%时,固体含量为70%的粉状脲醛树脂胶黏剂黏度可达47.92 s。聚乙烯醇的加入在一定程度上能改善粉状脲醛树脂的复水性能。在粉状脲醛树脂复水后液体胶固体含量为60%、氯化铵为1.5%、聚乙烯醇为3%条件下,制得的三层杨木胶合板胶合强度为2.113 6 MPa,达到GB/T 9846—2015Ⅱ类胶合板要求。     

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。     

FeCl3/聚丙烯酸透明导电木材的制备及性能研究

以巴尔沙木为原料,脱除木质素后,浸渍丙烯酸溶液并固化得到透明木材,进一步浸渍FeCl₃溶液得到FeCl₃/聚丙烯酸透明导电木材。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等方法对材料进行表征,结果表明：透明木材在质量分数为0.75%的FeCl₃溶液中浸泡60～70 min时,其电导率(0.017 S/m)最佳;经0.5 mol/L FeCl₃溶液浸泡后的透明木材,其拉伸强度可达6.03 MPa,相比未浸泡的透明木材(0.55 MPa)提高了近10倍。透明木材对人体不同动作表现出特征性电学变化,具有电阻传感性能,在导电薄膜、人体传感器等领域有潜在的应用价值。     

羧甲基半纤维素/壳聚糖/氧化石墨烯复合膜的制备及性能研究

以毛竹半纤维素为原料,对其进行羧甲基化改性制备羧甲基半纤维素(CMH);再将CMH与壳聚糖(CS)、氧化石墨烯(GO)共混制备具有良好力学及阻氧性能的半纤维素/壳聚糖/氧化石墨烯复合膜;采用FT-IR、XRD、SEM、TGA、力学强度和阻氧测试对复合膜材料进行分析,并探讨了不同GO添加量对复合膜结构及性能的影响。结果表明:CMH、CS、GO之间主要通过离子键和氢键作用,GO在CMH/CS基质中分散均匀,使得膜表面平整致密,断面具有层状结构。GO在整个复合体系中起增强作用,GO的添加使复合膜的力学性能和热稳定性明显提高,同时还改善了复合膜的氧气阻隔能力。当GO添加量为0.5%时,复合膜力学性能最佳,拉伸应力为73.63MPa、应变为20.24%、杨氏模量为2.28 GPa,断裂能为1 293.24 N/m;同时,其阻氧性能也最佳,气体透过系数为3.793 cm~3·cm/(m~2·s·Pa);此时膜材料的初始分解温度为242.4℃,最大热失重速率温度为274.5℃。     

稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的研究

以稻秸(Oryza sativa L.)纤维纸浆为原料,利用高压超声波震荡使纸浆纤维纤丝化,制得稻秸微/纳米纤丝,并将其作为增强材料填充到聚丙烯基体中制备丁稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料,研究了稻秸微/纳米纤丝以及改性剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的不同添加最对于复合材料拉伸性能的影响.结果表明:稻秸微/纳米纤丝的添加量为5%时,复合材料的拉伸强度最大,为31.71MPa.拉伸模量随稻秸微/纳米纤丝添加量的增加而逐渐增加,当添加量为8%时达最大值.拉伸断裂伸长率则随添加量增加而减小.改性剂的添加量对于聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸强度和拉伸断裂伸长率无显著的影响.在改性剂添加量为4%时,聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸模最均达到最大值.     

纳米CaCO3对木纤维增强生物可降解复合材料力学性能的影响

为探索纳米CaCO₃对增强生物可降解复合材料力学性能的影响,采用混炼、注射成型工艺制备纳米CaCO₃改性木纤维/聚乳酸复合材料,研究了纳米粒子添加量（1wt%,2wt%,3wt%,4wt%）及粒子预处理（偶联剂,硬脂酸,偶联剂-硬脂酸）对材料拉伸性能与冲击性能的影响。随着CaCO₃添加量增加,复合材料力学强度先增大后减小,质量分数2%时材料拉伸强度和冲击强度分别提高8%与20%,粒子的增韧效果明显。预处理不仅能增强木纤维与聚乳酸的结合,也提高了纳米粒子分散性,增强材料整体力学性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散性及其与聚合物界面结合是影响材料性能的关键。     

木质素磺酸钠与聚羧酸减水剂复配研究

通过氧化、磺甲基化改性造纸黑液制取木质素磺酸钠(SLS),磺化度为1.023 7 mmol/L,重均相对分子质量(M_w)为26 320;将SLS与聚羧酸高效减水剂(PCE)按一定比例复配制备复合减水剂,SLS质量分数为10%、20%、30%和40%时,分别制得复合减水剂BPCE1~BPCE4。复合减水剂对水泥颗粒表面吸附层厚度和水泥浆Zeta电位分析表明:吸附层厚度随SLS质量分数增加而增加,水泥浆Zeta电位在SLS质量分数为20%时显示出绝对值最大。采用复配木质素磺酸钠的复合聚羧酸减水剂制备混凝土,复合减水剂掺量0.18%、SLS总掺量1%。通过净浆流动度、胶砂流动度、泌水率、减水率、混凝土抗压强度等指标对复合减水剂进行综合性能分析。结果表明:含20%SLS的复合聚羧酸减水剂BPCE2减水剂综合性能最佳。     

高力学强度羟乙基纤维素/聚丙烯酸复合水凝胶的制备

利用丙烯酸(AA)单体自由基聚合的方法,将羟乙基纤维素(HEC)作为大分子交联剂,引入聚丙烯酸(PAA)水凝胶中,制备了一种具有氢键交联网络结构的羟乙基纤维素/聚丙烯酸(HEC/PAA)复合水凝胶。当HEC质量分数(以水凝胶固含量计)为20.0%、33.3%、42.9%、50.0%和55.5%时,制备的复合水凝胶分别标记为HEC/PAA-1~HEC/PAA-5。采用力学测试和红外光谱(IR)等手段对水凝胶的性能和结构进行了研究。力学测试结果表明:相比于PAA水凝胶较弱的机械性能,复合水凝胶HEC/PAA-2的压缩强度能达到9.52 MPa,对应的压缩断裂应变为91%,压缩断裂能量达到了513.6 kJ/m~3;同时,HEC/PAA水凝胶还表现出了优异的拉伸性能与可恢复性能,HEC/PAA-4的拉伸断裂应力为224.3 k Pa,断裂伸长率为198%,拉伸断裂能量为219.5 kJ/m~3。HEC/PAA-2溶胀150 h时的吸水溶胀率为2.23 g/g。以上结果表明:HEC/PAA复合水凝胶具有的优异力学性能可能源于PAA大分子与HEC大分子之间的氢键作用,它构成了复合水凝胶特殊的网络结构。     

含葡萄糖基聚乳酸立构复合物的制备及其性能研究

为了改善聚乳酸材料的结晶性能、耐热性能和亲水性,以乳酸和葡萄糖为原料,熔融聚合制备了聚L-乳酸-葡萄糖共聚物(PLLAG)和聚D-乳酸-葡萄糖共聚物(PDLAG),并将PLLAG和PDLAG溶液共混,制备含葡萄糖基的聚乳酸立构复合物(sc-PLAG)材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热(DSC)法、X射线衍射(XRD)法、偏光显微镜(POM)法和接触角法等对sc-PLAG进行表征,结果表明:sc-PLAG的立构复合结晶(SC)结构由PLLAG的L-乳酸链段与PDLAG的D-乳酸链段相互作用而形成的,结晶速度快、球晶形貌规整。当PLLAG用量为40%~60%时,sc-PLAG只生成立构复合结晶;当PLLAG用量小于40%或大于60%时,sc-PLAG则同时含有SC和同质结晶(HC)。当葡萄糖基质量分数均为5%时,所有sc-PLAG的SC熔点(T_m)均为197.5℃,与PLLAG用量无关。sc-PLAG的玻璃化转变温度(T_g)、T_m和接触角均随着葡萄糖基质量分数的增加而降低,但其结晶度则随着葡萄糖基质量分数的增加而增大,当葡萄糖基质量分数为5.0%时结晶度最大,为53.84%。含葡萄糖基的聚乳酸立构复合物改善了聚乳酸材料的结晶性能、耐热性能和亲水性。     

K/Ca催化木屑水蒸气气化制取富氢合成气

研制KOH/白云石复合催化剂,以松木屑为原料,在固定床气化炉中进行水蒸气气化实验,考察催化剂制备条件、反应温度、水蒸气流量、催化剂用量对气化合成气气体组分、产气率、产氢率及碳转化率等气化特性评价指标的影响,并对所研制的K/Ca复合催化剂进行SEM、XRD和孔隙结构分析。研究表明：K元素很好地负载在白云石上。由KOH质量分数6%、K/Ca物质的量比2∶1和煅烧温度900℃制备的K/Ca复合催化剂的催化性能最好。气化温度从600℃增加到750℃,H₂体积分数由40.70%增加至59.09%,产氢率由16.38 g/kg增加至90.64 g/kg,但继续升高温度会造成催化剂活性下降使得H₂体积分数和产氢率均有所下降。水蒸气流量由0.4 mL/min增加至1.0 mL/min时,H₂体积分数由52.75%增加至59.09%,产氢率由68.14 g/kg增加至90.64 g/kg,进一步增加水蒸气流量则会造成系统热量损失,使得H₂体积分数和产氢率均有不同程度的下降。催化剂与松木屑质量比值为0.3 g/g时,H...     

聚丙烯酸酯微球的制备及其增韧聚乳酸的研究

采用预乳化-半连续种子乳液聚合法,以丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要单体(核层单体BA与MMA的质量比为9∶1;壳层单体BA与MMA的质量比为1∶9)合成了不同核层交联程度的聚丙烯酸酯微球(ACR),将其干燥后对聚乳酸(PLA)改性。研究了核壳型ACR的添加量及其核层交联程度对PLA力学性能的影响。结果表明,PLA的抗冲击强度随着ACR添加量的增加而增大,添加量为10%时增韧效果最好,抗冲击强度是纯的PLA的1.5倍,断裂伸长率由2%提高到11%,拉伸强度下降不大;随着核层交联剂用量的增加,PLA/ACR共混物的拉伸强度较纯的PLA下降很小,抗冲击强度明显升高,当核层交联剂添加量为4%时增韧效果最好,共混物的抗冲击强度是纯的PLA的3倍,拉伸强度仅下降了7%。     

乙基纤维素-脂松香-油脂基聚合物的合成及其压敏胶应用性能

将脂松香（GR）与甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）合成脂松香基甲基丙烯酸酯（GRGMA）,然后通过原子转移自由基聚合（ATRP）合成乙基纤维素-脂松香-油脂基聚合物（EC-R-LMA）,并采用FT-IR、¹H NMR、DSC、TG/DTG、应力-应变测试对GRGMA及EC-R-LMA的结构和性能进行表征。研究结果表明：单体转化率均高于90%;随着GRGMA摩尔分数从10%增加至70%,EC-R-LMA的T_g从-61.3℃升高至62.58℃;当GRGMA摩尔分数从30%升高至35%,EC-R-LMA拉伸强度从0.41 MPa升高至0.50 MPa,经交联后,交联聚合物（BMI-EC-R-LMA）拉伸强度分别升高至1.04和1.27 MPa;此外,当GRGMA和LMA物质的量之比为1∶9和2∶8时,T_g分别为-61.3和-52.9℃,可用作压敏胶（PSA）,GRGMA充当PSA的硬单体,而不是增黏树脂。GRGMA摩尔分数从10%升高至20%,压敏胶180°剥离强度从0.56 N/cm升高至1.08 N/cm,持黏性能从2 h升...     

利用热压还原法制备3D-W/rGO导电材料

利用木材天然多孔的网状结构及富含活性基团羟基和羧基的特性,通过冷热水循环结合冷冻处理的方式,提高了木材的渗透性;利用脉冲式真空浸渍法将氧化石墨烯(GO)与木材充分结合,再使用热压法将木材内部的GO还原,使木材具有三维导电性能。结果表明:当GO质量浓度为3 mg/m L,压缩率为45%,热压温度为220℃,热压时间为45 min时,木材/石墨烯三维导电材料(3D-W/r GO)性能最佳,纵向、径向和弦向体阻率分别为3.0×10²,7.0×10²和3.9×10³Ω·cm。对3D-W/r GO的形貌、结构和性能进行研究,激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜分析结果表明,还原性氧化石墨烯(r GO)在木材管道中均匀分布;X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱表明,GO以酯键和氢键的形式与木材紧密结合,且r GO在木材机体中的还原程度较大;X射线衍射光谱分析显示,材料结晶度数值减小;综合热分析表明,材料的热稳定性有所提高。和木材相比,3D-W/r GO的力学性能及尺寸稳定性均有明显提升,是一种极具前景的导电材料。