纤维素纳米纸的疏水改性及应用研究

纳米纤维素(NC)是自然界来源丰富的可再生天然高分子材料,不仅具备纤维素的基本性质,还拥有纳米材料的特殊性能.目前,以NC为基本单元成功制备了多种性能优异的结构和功能材料,其中由NC制备的柔性、透明纤维素纳米纸(CNP)材料因具有优异的力学性能、光学性能和热学性能,现已在各种多功能和高端应用上广泛使用.然而由于NC天然的亲水性,导致CNP材料在潮湿环境下的力学性能急剧下降,严重影响了CNP的应用性能.因此,改善CNP的亲水性,保持材料在潮湿环境下也具有增强的力学性能是纤维素应用不容忽视的问题.本文首先介绍了CNP的制备与性质,接着回顾了甲硅烷基化、乙酰化/酯化、聚合物接枝和物理吸附在CNP疏水改性上的研究进展,重点阐述了改性对CNP表面疏水性和应用性能的影响;最后介绍了CNP材料在太阳能电池、超级电容器和有机发光二极管上的应用.     

金属离子(K~+、Na~+)阻燃纤维素纤维

通过极限氧指数、热失重分析等测试手段对含有甲酸钾和甲酸钠的纤维素纤维织物进行燃烧、热稳定性能表征,并对其阻燃机理进行探讨。通过极限氧指数测试,发现经两种金属离子处理过的纤维素纤维的阻燃效果明显优于普通纤维素纤维,由此推断钾和钠化合物具有阻燃作用;热失重分析结果表明,阻燃纤维素纤维的残炭量增加;钾离子和钠离子处理后的纤维素热解活化能有所降低。根据分析测试的结果,提出了对于纤维素材料的金属离子阻燃机理。     

温度和pH双重响应的改性纳米纤维素制备及表征

通过表面引发单电子转移活性自由基聚合和自由基聚合法,分别将N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和丙烯酸（AA）接枝聚合到纤维素纳米晶（CNCs）的羟基上,制备了PNIPAM和PAA双重接枝的改性CNCs(PNIPAM-g-CNCs-gPAA)。利用红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光分光光度计（UV-Vis）和粒度仪等对改性CNCs进行了测试表征。FT-IR和XPS分析证实了改性CNCs的成功制备;TEM显示改性CNCs依旧保留棒状晶体形态但直径变宽;TGA表明改性CNCs的热稳定性较CNCs有显著提升;UV-Vis分析改性CNCs的低临界相转变温度（LCST）约为37℃,此时该纳米颗粒发生体积收缩,粒径收缩为原来的68%,且随着温度的提高,完成体积相转变的时间越短,此外该温度响应具有可逆性;UV-Vis对pH响应测试可知,在pH<5时,悬浮液的光透过率显著下降,表明接枝后的CNCs在强酸性条件下易团聚,而在中碱性环境下,亲水性良好,该p H响应具有可逆性。温度和pH双重响应的改性CNCs以期应用于如智能药物缓释、智...     

纤维素-钙纤维的制备及阻燃性能表征

将纤维素纤维接枝马来酸酐后,与Ca CO3反应得的到含钙离子的纤维素-钙纤维,利用傅里叶变换红外光谱、极限氧指数、锥形量热对其燃烧性能及热稳定性进行了表征。傅里叶红外光谱在2597 cm-1的羧基O-H伸缩振动和1214cm-1的CO-OH的伸缩振动及纤维样品在在2500~2800 cm-1区间内吸收峰的变化证明了接枝方法的可行性和纤维素-钙纤维成功制备。极限氧指数测试结果发现含有钙离子的纤维素纤维的阻燃性明显提高。通过锥形量热测试表明,钙离子促使纤维素纤维生成更多的残炭,降低了纤维燃烧过程中的热释放量。扫描电子显微镜对热解残渣分析表明,钙离子在纤维素纤维中的含量越高,残渣表面越致密,纤维阻燃性越好。最后提出钙离子对纤维素纤维的阻燃机理。     

无卤阻燃聚丙烯腈纤维的制备及性能

为提高聚丙烯腈(PAN)纤维的阻燃性能,采用水合肼对PAN纤维进行直接化学改性的方式制备了阻燃PAN纤维,采用傅里叶变换红外光谱及X射线衍射对纤维结构进行了表征,利用差示扫描量热、热重分析对纤维的热性能进行了研究,通过极限氧指数仪及微型锥形量热仪对纤维的阻燃性能进行了研究,并对其力学性能进行了测试。结果表明,水合肼与PAN纤维反应生成了C=N键,改性后的PAN纤维的晶型发生了改变,结晶度下降,PAN的环化放热峰值温度下降约160℃,其阻燃性能及成炭性提高;改性后PAN纤维的断裂强度及断裂伸长率分别下降32.4%和30.6%,随着改性时间的延长,PAN纤维的阻燃性能显著提高,热释放速率(HRR)降低84.2%,且热释放速率峰值温度提高98.01℃。     

聚乙烯醇/改性纳米纤维素晶体纳米复合薄膜的制备及性能

先用丁二酸酐对纳米纤维素晶体(NCC)进行表面羧基化改性,然后将改性NCC添加到聚乙烯醇(PVA)基体中制备PVA/改性NCC纳米复合薄膜,并进一步热处理制得交联PVA/改性NCC纳米复合薄膜。通过热重分析、差热分析、吸水实验和拉伸实验考察了改性NCC的添加量对薄膜性能的影响,以及加热交联对薄膜性能的影响。结果表明,与纯PVA薄膜相比,添加改性NCC后,薄膜的起始分解温度升高、结晶峰向高温方向移动,吸水率基本不变,力学性能对环境湿度敏感;热处理交联后,薄膜的起始分解温度继续升高、结晶峰也向高温方向移动,吸水率显著降低,力学性能不随环境湿度变化。     

纺织品阻燃改性与发展趋势

近年来,由纺织品引起的火灾问题引起世界各国人们的重视。随着各类民用和产业用纺织品的消费量迅速增加,由纺织品引发的火灾机率也上升。加强对织物阻燃技术的研究成为当前学术界的一个重大课题。世界各国主要从以下两个方面来开展对织物阻燃技术的研究:一是如何生产阻燃纤维;二是对织物进行阻燃整理。     

纳米纤维素晶体和柠檬酸改性聚乙烯醇薄膜的制备及性能

以球形纳米纤维素晶体(NCC)作增强相、柠檬酸作交联剂对聚乙烯醇(PVA)进行改性,制备了PVA/NCC纳米复合薄膜和柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜。通过热重分析、差热分析、吸水实验和拉伸实验考察了NCC的添加和柠檬酸的交联对薄膜热性能、耐水性和力学性能的影响。结果表明,与纯PVA薄膜相比,改性PVA薄膜的起始分解温度升高、熔融/结晶峰向高温方向移动、吸水率降低;只用NCC或柠檬酸对PVA改性时,所得PVA/NCC纳米复合薄膜、柠檬酸交联PVA薄膜的力学性能均对环境湿度敏感;同时用NCC(m(NCC)/m(PVA)=6/100)和柠檬酸(m(柠檬酸)/m(PVA)=3/100或m(柠檬酸)/m(PVA)=4.5/100)对PVA改性时,所得柠檬酸交联PVA/NCC纳米复合薄膜的力学性能不随环境湿度变化。     

改性二氧化钛/DPPA阻燃环氧树脂的制备及性能

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对亲水性纳米二氧化钛(TiO_2)进行表面改性,用FT-IR和TG对改性TiO_2结构进行表征。然后将不同量的改性二氧化钛与固定量的5,10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物(DPPA)进行复配,添加到环氧预聚物中制备阻燃环氧树脂,对环氧树脂的阻燃、力学和热性能进行研究。结果表明,APTS对TiO_2改性成功。2.5%(质量分数)DPPA与0.05%(质量分数)改性TiO_2构成的复配阻燃剂,能使环氧树脂的阻燃级别达到UL-94 V-0级,LOI值由24.2%提高至28.8%。该阻燃环氧树脂的拉伸强度和弯曲强度分别为86.52和116.75 MPa,与未加阻燃剂的环氧树脂相比,拉伸强度和弯曲强度分别提高了6.66和8.25 MPa。且其初始降解温度(T_(5%))和玻璃化转变温度(T_g)分别高达364.3和162.0℃,所制备阻燃环氧树脂材料具有较好的综合性能。     

海藻酸钠/壳聚糖复合纸的制备及性能研究

目的研究海藻酸钠/壳聚糖对纸张的增强作用及制得复合纸对色素及金属离子的等温吸附特性,实现海藻酸钠/壳聚糖在纸张中的复合应用。方法依次采用阴离子多糖海藻酸钠、阳离子多糖壳聚糖季铵盐对纤维素滤纸进行浸渍干燥处理。结果相比滤纸基材,复合纸的抗张强度提高了119%,耐破度提高了105%。红外检测显示,复合纸的氢键吸收峰变宽、变高,说明材料中的氢键结合力变强。吸附等温线拟合显示,制得的复合纸对甲基橙色素具有较好的吸收性能。对Cu2+的吸附符合Langmuir及Freundlich模型方程,属于单分子层吸附。结论海藻酸钠/壳聚糖可用于制备具有一定吸附性能的复合纸,并能增强其力学性能。     

阻燃技术在纸包装中的应用

通过介绍和分析有关纸质包装阻燃技术的研究现状,论述了从纸浆处理和阻燃剂选用两方面赋予纸质包装阻燃性能的途径,提出了今后我国纸包装及其阻燃技术的发展方向.     

基于LDHs阻燃剂阻燃纸的制备工艺

通过设计正交试验,讨论了复配阻燃剂的种类、复配阻燃剂的质量浓度、阻燃剂pH值、反应温度、反应时间和层状双羟基金属氧化物（LDHs）的质量浓度对120 g·m-2阻燃纸阻燃效果的影响。研究结果表明,当三聚氰胺（MA）的质量浓度为10 g/L、阻燃剂pH值为7.0、反应温度为50℃、反应时间为15 min、LDHs的质量浓度为30 g/L时,所制备的阻燃纸的氧指数（LOI）为31%,已经达到难燃级;与空白样原纸LOI的18%相比,阻燃纸的阻燃效果提高了72%。     

纤维素改性环氧酚醛树脂与环氧酚醛树脂的阻燃性

用热塑性环氧酚醛树脂与纸泥制备纸泥/环氧酚醛复合材料,将含卤素的阻燃剂三-2-氯乙基膦酸盐和无机阻燃剂(如氢氧化铝)加入到环氧酚醛树脂和纸泥/环氧酚醛聚合物中,用UL-94等级燃烧测试法测定体系的燃烧等级;用热重分析仪和差示扫描量热仪对复合材料进行热分析,研究两体系的阻燃性。结果表明,含磷型阻燃剂和无机阻燃剂对环氧酚醛树脂有阻燃作用,但只有卤化和磷酸化的阻燃剂能增强纸泥/环氧酚醛复合材料的阻燃性,原因是环氧酚醛树脂材料和纸泥/环氧酚醛复合材料的阻燃性取决于本身的热容和热分解行为。     

膨胀型阻燃涂料对木材的阻燃性能

以脲醛树脂(UF)和硅丙乳液(SEA)树脂分别为基料,三聚氰胺磷酸盐(MP)-三聚氰胺(MEL)-季戊四醇(PER)为膨胀阻燃体系,制备膨胀型阻燃涂料。通过极限氧指数、热重分析、锥形量热、扫描电镜对涂料阻燃性能表征分析证明,与SEA相比,UF分解温度较低,残炭量提高了11.53%;与硅丙乳液基三聚氰胺磷酸盐涂料(SEA/MP)木材阻燃涂料相比,脲醛树脂基三聚氰胺磷酸盐涂料(UF/MP/MEL/PER)木材阻燃涂料具有良好的阻燃性能、热稳定性和抑烟性能,残炭量提高了5.05%,总放热量降低了17.0%,总烟气生成量降低了39.3%,在木材表面形成的炭层更加完整。     

茶末/CMC-Na/AL-Na复合膜制备及性能测定

目的 为改善传统保鲜膜带来的环境污染问题,开发出具有较好力学性能和抗菌性的食品包装材料提供理论依据。方法 采用海藻酸钠(AL-Na)和羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为主要成膜材料,辅助添加茶末通过流延成膜法制备复合膜,以拉伸强度、断裂伸长率等为依据,通过单因素和响应面试验确定茶末/CMC-Na/AL-Na复合膜的最佳工艺。结果 当CMC-Na与AL-Na的体积比为84∶16、茶末添加量为1.43%、干燥温度为50 ℃、干燥时间为7 h时,复合膜综合性能最优,拉伸强度为16.60 N/mm²,断裂伸长率为19.11%,具有较好的力学性能、耐水性、抗氧化性和抑菌性。结论 制备的茶末/ CMC-Na/AL-Na复合膜具有较好的力学性能和抗氧抑菌性能。     

耐水阻燃苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物/聚丙烯材料的制备及性能

以充油的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(O-SEBS)和聚丙烯(PP)按质量比2∶1混合后制备热塑性弹性体(TPE)材料。将耐水性能优异的焦磷酸二三聚氰胺(DMPy)和二乙基次膦酸铝(AlPi)添加到TPE材料中,对其阻燃、耐水等性能进行了研究。当DMPy/AlPi的质量比为1∶1、总添加量为38%时,TPE/DMPy/AlPi材料在垂直燃烧测试中达到了UL-94 V-0级,氧指数为27.2%。材料在封闭的70℃水浴环境中放置168 h后依然能通过UL-94 V-0级,失重率仅为0.76%,表明材料具有优异的耐水性能。锥形量热测试表明,耐水测试后,材料的阻燃性能略有提升。     

废纸浆/陶瓷纤维抄造纸的性能研究

目的 节约植物纤维用量,以陶瓷纤维加填抄片,评估废纸浆/陶瓷纤维抄造纸的实用性.方法 使用KH-550硅烷偶联剂对陶瓷纤维进行表面处理,将未处理陶瓷纤维与处理的陶瓷纤维以一定比例加填到废纸纤维中,抄造手抄片,比较手抄片的紧度、撕裂度、环压强度、耐折度和抗压强度,并对手抄片的微观形貌进行观测.结果 陶瓷纤维交错分散于纸纤维之间.经过KH-550硅烷偶联剂处理的陶瓷纤维加填后,当质量分数<20％时,手抄片的撕裂度、环压强度、抗张强度随纤维含量的增加而下降;当质量分数>20％后,以上性能均随陶瓷纤维含量的增加而上升.手抄片的耐折度随含量的增加明显下降.抄片的环压强度显著提高,陶瓷纤维质量分数为40％时,环压强度为3.81 kN/m,为废纸纤维手抄片的2.06倍.结论 加填陶瓷纤维质量分数至40％,不仅节约了植物原材料,也会提高抄造纸的环压强度,可用于承受高环压强度的纸质材料.     

壳聚糖-海藻酸钾层层自组装防火涂层的制备与性能

为了克服棉纤维易燃的缺点,利用壳聚糖水溶液与海藻酸钾水溶液相反的电荷特性,采用层层自组装技术,在棉纤维织物表面构筑了壳聚糖-海藻酸盐防火涂层。红外光谱与扫描电镜的结果均表明壳聚糖与海藻酸盐均匀地涂敷在织物表面,并且涂层厚度与涂覆层数近似成正比关系;分析热重分析曲线可以发现随着复合涂层的层数增加,织物的热稳定性能在较大温度范围内有所增加;根据水平-垂直燃烧测试得到的结果并结合织物燃烧后的扫描电镜图片可知,壳聚糖-海藻酸盐体系对棉纤维具有一定的阻燃效果,并有消除余焰的作用。     

纤维素／二氧化锆复合球形纤维素的制备与性能

采用反相悬浮再生法,将超细二氧化锆(ZrO2)包埋于纤维素骨架中制备了一种新型的复合球形纤维素。通过正交实验确定出最优制备工艺:每2 g纤维素硫酸单酯(CS),ZrO2掺杂量为0.15 g,环氧氯丙烷用量6 mL,加碱量为9 mL(5 mol/L NaOH),交联活化时间为5 h和搅拌速度2000 r/min。结果表明:该法制备的复合球形纤维素的含水率为82%,粒径主要分布在90μm~200μm,球形度好,比表面积大(159.4 m2/g),耐酸碱度高;同时发现,超细ZrO2颗粒的掺入不仅有利于基质的活化,活化后环氧基含量达0.83 mmol/g,而且能够有效抑制基质的溶胀性,增强力学强度。