纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料研究进展

纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber,本文缩写为CNF)因其独特的网状结构和性能特点,在增强聚合物制备复合材料方面发展迅速.简述CNF的制备及特征;然后从改善团聚、提高界面相容性的角度,介绍对CNF进行表面衍生化、表面接枝和添加偶联剂等表面化学改性研究及改性后CNF的性能特点;简述利用CNF增强聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂、酚醛树脂等聚合物的研究进展;最后对CNF增强聚合物复合材料今后的主要研究方向进行展望.     

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。     

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。     

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。     

木质纤维素-聚乳酸共聚物的制备及降解性研究

木质纤维素作为世界上最丰富的天然有机物,是应用较广的天然高分子材料。本文利用接枝共聚合成技术制备了木质纤维素接枝L-聚乳酸(MC-g-PLLA)。通过X-衍射结果和生物降解实验(PBS和酶液),研究了晶体结构对降解性的影响,结果表明:接枝共聚合成技术使木质纤维素的结晶度明显降低,材料具有较高的降解性能,并且降解性随丙交酯投料量的升高而降低可作为药物缓释载体材料。     

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。     

木纤维素与合成聚合物复合材料的研究进展

作为合聚俣物复合材料增强的木纤维素包括木纤维素粉和纤维素纤维。本文综述３个方面主要的研究进展；木纤维素粉在热固性塑料中的增强，用偶俣剂涂覆纤维素纤维在热塑性聚合物中的增强以及纤维素纤维在易生物降解聚俣物的增强。简要介绍了三类木纤维素增强复合材料的性质，指出最终的目标是制备符合环保要求完全物降解的复合材料。     

纳米纤维素的形貌及快速表征方法的比较

以商品南方松溶解浆、漂白桉木浆为原料,采用硫酸水解法、纤维素酶预处理法、2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)氧化法以及机械法分别制备了纳米纤维素,利用透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)详细表征了不同方法制备的纳米微晶纤维素(CNC)和纳米纤丝纤维素(CNF)。采用了多种商品粒度仪快速定性表征了纳米纤维素的大小,CNC为棒状纳米晶须结构,直径约为20 nm,长度为10~200 nm;CNF一般为网状结构,尺寸较大且分布较宽,单根CNF直径从几纳米到几百纳米不等。依据离心分离以及布朗运动制备的2种仪器非常适合半定量快速表征非网状结构的纳米微晶纤维素,实验重复性也很好。     

慈竹纳米纤维素的制备及特征分析

以慈竹为原料,先经过抽提处理除去抽提物,再经次氯酸钠和氢氧化钠溶液处理,除去其中的木质素与半纤维素而得到α-纤维素,将得到的α-纤维素通过33％(wt.)硫酸溶液与超声波处理相结合的方式分离出慈竹纳米纤维素.通过扫描电镜(SEM)与透射扫描电镜(TEM)对纳米纤维素的形态特征进行了分析,结果表明纳米纤维素径级范围约10 ～ 25 nm.傅里叶红外光谱(FTIR)分析显示慈竹中木质素以及半纤维素已被完全分离,α-纤维素与纳米纤维素化学成分基本一致;热重分析(TGA)显示分离出慈竹纤维中的半纤维素与木质素后,α-纤维素与纳米纤维素热稳定性明显提高,但纳米纤维素的热解温度略低于α-纤维素;X射线衍射(XRD)分析表明在各个分离阶段所得产物中,α-纤维素以及纳米纤维素晶体的结晶度得到较大提高,且均呈现出典型的纤维素Ⅰ结构.     

捏合温度和木纤维水分对木纤维-聚乳酸复合材料中聚乳酸的影响

采用捏合法制备木纤维-聚乳酸(WF-PLA)复合材料。通过凝胶色谱法(GPC)和差示扫描量热法(DSC)研究捏合温度和木纤维水分对WF-PLA生物质复合材料中聚乳酸分子质量及热性能的影响。结果表明:捏合温度对WF-PLA生物质复合材料中PLA性能影响显著。随着捏合温度由180℃升高到200℃,WF-PLA复合材料中PLA的重均分子质量(M珚w)明显下降,数均分子质量(M珚n)在200℃时也明显下降,在190℃时,PLA分子多分散系数最小。不同捏合温度的WF-PLA复合材料中,PLA熔融温度略有不同,熔融温度变化与PLA分子质量相关。木纤维水分对捏合法制备的WF-PLA复合材料中PLA的分子质量和热性能的影响不显著。     

聚L-乳酸改性麦草共混物材料的研究

以聚L-乳酸(PLLA)和麦草(WS)为原料,以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂,采用溶液共混法制备了PLLA/WS共混物。首先将麦草溶解在NMMO后,再添加聚L-乳酸并溶解,制备聚L-乳酸与麦草的共混溶液。共混溶液采用浇膜法制备PLLA/WS共混物,采用差示扫描量热法、X射线衍射法、傅里叶变换红外光谱、热重分析和扫描电镜等方法对所得的共混物进行表征。结果表明,聚L-乳酸与麦草可以形成均匀的共混溶液。共混物中PLLA与麦草组分之间具有较强的相互作用,相容性较好。当共混物中PLLA的质量分数为50%时,共混物可以形成结晶结构,且随着PLLA含量的增加,其结晶更加完美,熔点与热稳定性提高。共混物薄膜断面结构较为致密,这说明PLLA与麦草相容性较好,混合均匀。通过调节聚L-乳酸和麦草的配比,可以制备不同性能的生物高分子材料。     

中心复合设计法优化熊果酸和齐墩果酸的HPLC测试条件

在考察HPLC流动相体系和色谱柱对熊果酸、齐墩果酸分离测定影响的基础上,采用中心复合设计,以分离度和分析时间为响应值,对熊果酸和齐墩果酸HPLC分离测定的主要影响因素(甲醇与水相的体积比、水相中磷酸的体积分数、流动相流速及柱温)进行多重响应优化,建立了有效、快速的分离测定熊果酸和齐墩果酸的HPLC方法。结果表明,在210 nm的检测波长下,用Shim-pack ODS-CLC(M)色谱柱,流动相为甲醇/磷酸水溶液体系,甲醇与水体积比为91.7∶8.3,磷酸体积分数为0.05%,流速为0.6 mL/min,柱温为21℃,齐墩果酸和熊果酸可以在23 min内得到有效分离,分离度达到1.739。     

聚乳酸与麦草纤维共混物的研究

以N-甲基吗啉-N-氧化物为溶剂,制备聚L-乳酸(PLLA)与麦草纤维(WSF)的共混溶液,并制备PLLA与WSF的共混物。采用傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热法和X射线衍射等方法对PLLA/WSF共混物进行表征,探讨PLLA/WSF共混物中两组分的相容性和结晶性。结果表明,聚乳酸和麦草纤维的N-甲基吗啉-N-氧化物溶液可以均匀混合形成共混溶液。在PLLA/WSF共混物中,PLLA与WSF两组分之间的相互作用较强,具有较好的相容性。PLLA/WSF共混物的组成对其形态与性能具有显著影响。随着PLLA用量的增加,共混物的玻璃化温度逐步降低。当PLLA与WSF的质量比小于6∶4时,共混物为非晶态物质,而当PLLA与WSF的质量比大于6∶4时,共混物则具有结晶结构,且结晶熔点随着PLLA质量分数的增加而增加。因此,通过改变PLLA和WSF组分的配比,可以制备不同性能的可生物降解高分子材料。     

淀粉干法酯化改性对淀粉/聚乳酸复合材料紫外老化性能的影响

以玉米淀粉为原料,马来酸酐(MAH)为酯化剂,通过干法合成马来酸酐酯化淀粉(ES)。FT-IR测试结果表明,玉米淀粉和MAH通过干法成功发生酯化反应。再将马来酸酐酯化淀粉和聚乳酸(PLA)通过熔融挤出法制备马来酸酐酯化淀粉/聚乳酸复合材料(ES/PLA)。采用紫外老化箱对复合材料进行加速老化处理,研究了干法酯化改性对复合材料老化性能的影响。FT-IR和SEM研究结果表明随着老化时间延长,复合材料中C—O、C—H和CO的吸收峰强度逐渐降低,破坏程度逐渐增大;老化时间相同时,ES/PLA中基团吸收峰强度大于原淀粉/PLA(NS/PLA),破坏程度小于NS/PLA;XRD和DSC结果表明,老化处理后2θ=21°处的结晶峰消失,且16.5°处出现PLA的结晶峰,表明淀粉的水解速率大于PLA;复合材料中PLA的结晶度随老化时间延长先增大,再减小,表明PLA中非结晶区先发生水解。受结晶度的影响,复合材料的热分解温度随着老化时间延长先增大,后减小,且ES/PLA的热稳定性优于NS/PLA。老化时间相同时,ES/PLA的机械性能优于NS/PLA,随着老化时间延长,NS/PLA和ES/PLA的机械强度逐渐降低。     

木粉/聚乳酸3D打印线材的制备与性能分析

以木粉和聚乳酸为主体原料,硅烷类 KH560 等为偶联剂,PE 蜡 + 硬脂酸锌、甘油为润滑剂, 制备出木粉 / 聚乳酸 3D 打印用线材。对不同组合条件下制备出的线材其微观构造、热稳定性、官能团变 化以及拉伸强度进行了分析。结果表明,木粉粒径为 80-100 目时较为合适,铝钛酸酯 α（AlTi-α）型 对木粉表面改性效果较好,甘油对二者界面相容性的效果好于 PE 蜡 + 硬脂酸锌。木粉含量为 20%、PLA 含量为 75%、铝钛酸酯 α 型加入量为 1.5%,甘油加入量为 3.5% 时制备出来的线材,拉伸强度可达到 18.97 MPa。木粉 / 聚乳酸 3D 打印线材可生物降解,性能可控,具有广阔的应用前景。     

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。     

板栗淀粉表面结合脂中脂肪酸的组成

以不同板栗产区的3个主要中国板栗品种群的25个品种为试材,研究板栗淀粉表面结合脂中主要脂肪酸的组成比例并分析在不同品种群之间的分布规律。结果表明:1)板栗淀粉表面结合脂中含有不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸,其中前者所占比例集中分布在30%～50%和60%～70%2个区域,后者所占比例集中分布在30%～40%和50%～70%2个区域,并与品种密切相关;南方品种群板栗普遍具有较低的饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸比值,但品种群之间差异不显著。2)板栗淀粉结合脂中的脂肪酸主要以C16和C182种脂肪酸为主,前者所占比例集中分布在15%～30%之间,并以饱和态的C16:0为主,后者所占比例集中分布在30%～70%之间,并以不饱和态的C18:1,C18:2脂肪酸为主。3)南方品种群板栗淀粉结合脂中具有较高的C16:0,C18:0,C18:1脂肪酸和较低的C16:1,C18:2,C18:3脂肪酸,但品种群间差异不显著;南方品种群普遍具有较高的C16脂肪酸水平和较低的C18脂肪酸水平。4)板栗淀粉表面结合脂中的脂肪酸组成及比例与品种密切相关,在品种群之间差异较小。     

茶油皂脚脂肪酸甲酯制备的水溶性改性胺固化物性能研究

以茶油皂脚脂肪酸甲酯制备的水溶性改性胺(CA-921)与水性环氧树脂固化,通过热重分析、差示扫描量热法(DSC)、机械性能测试及扫描电镜分析,研究了环氧树脂分散相粒子的粒径和黏度、环氧基与胺氢物质的量之比及固化温度对固化物性能的影响.研究结果表明,黏度及粒径均较小的水性环氧乳液AB-EP-20与固化剂CA-921复配所...     

木基电磁屏蔽(导电)功能复合材料的研究进展

介绍了电磁污染的来源、传播途径和危害,阐述了电磁屏蔽的原理及手段,并在此基础上介绍了国内外木基电磁屏蔽(导电)复合材料的研究和发展状况,提出了改善木基导电功能复合材料屏蔽效能的方法。