纳米纤维素基泡沫材料在包装领域的研究进展

纳米纤维素作为天然可降解材料,具有优良的力学性能、高比表面积、大长径比等特性。为研究基于纳米纤维素开发的泡沫材料在包装领域的应用,对近年来纳米纤维素基泡沫材料的制备方法及其缓冲、隔热、阻燃、抗菌、疏水等性能进行总结,概括了纳米纤维素泡沫材料在纳米纤维素制备、湿泡沫发泡和泡沫成型干燥等领域的进展。但由于现阶段纳米纤维素制备工艺的复杂性,以及干燥过程中较高的能耗和较长的周期,作为包装材料的关键性能指标还有进一步提升的空间,实现规模化生产仍有一些问题有待解决。通过综述纳米纤维基泡沫材料在包装领域的研究进展,以期为可持续包装材料的发展提供理论支持。     

干燥方式对再生纳米纤维素结构及性能的影响

用真空干燥、冷冻真空干燥、烘箱干燥和喷雾干燥4种方式对制备的再生纳米纤维素进行干燥处理,采用透射电镜、粒度分析、红外光谱分析、X射线衍射和热重分析等手段对干燥后再生纳米纤维素的结构及性能的考察。结果表明:喷雾干燥相对于其它几种干燥方式制备的再生纳米纤维素呈规则圆球状分布、分散性最好、粒径最小、粒径分布最窄,对再生纳米纤维素的分子结构和结晶度几乎没有影响,而且热稳定性也较高,是一种较好的干燥再生纳米纤维素的方式。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附性能研究进展

在可持续发展已成为全球各国共识的今天,合理且高效地研发及利用可再生生物质能源成为国内外各大课题组研究的热点及方向。而纳米纤维素作为典型的生物质可再生材料,将其应用到环境治理领域成为再好不过的选择。同时,以纳米纤维素为基体制备的气凝胶作为第三代气凝胶材料,具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低介电常数和较高的吸附性等性能,在染料吸附、油污吸附、重金属离子吸附、CO 2气体吸附等吸附领域有着广阔的应用前景。综述了纳米纤维素的制备方法、纳米纤维素基气凝胶的制备工艺及其在吸附领域的应用,探讨了纳米纤维素基气凝胶在研发中存在的问题,展望了纳米纤维素基气凝胶在吸附领域的未来发展方向。     

细菌纤维素增强水泥复合材料的制备及性能

对细菌纤维素增强水泥复合材料进行研究,探讨细菌纤维素含量、长度对水泥基复合材料抗折、抗压强度的影响以及细菌纤维素对水泥凝结时间和水化过程的影响。结果表明:细菌纤维素的加入能明显改善水泥基复合材料力学性能,细菌纤维素质量分数为0.02%是实验最佳掺量,材料抗折、抗压强度分别提高了20%和8%;过长细菌纤维素将导致分散不均,使浆体结构疏松;细菌纤维素对水泥浆体pH值和凝结时间无明显影响;细菌纤维素促进水化过程中CaO-SiO2-H2O凝胶生成。     

碳泡沫导热性能及力学性能研究

用微胶囊化得到的空心酚醛树脂微球制备出酚醛泡沫材料, 在Ar气的保护下进行1000℃碳化和2000℃的石墨化处理, 得到所需的泡沫材料. 研究了孔隙率、热处理温度等因素对碳泡沫导热性能的影响. 结果表明: 提高材料内部空心微球的比例可以降低材料的导热性能, 得到低热导率的泡沫材料; 而对于孔隙率接近的泡沫材料, 降低材料内部的孔径可以起到降低材料热导率的作用; 得到了密度为0.50g/cm³, 热导率为1.007W/m·K, 压缩强度为8.82MPa的碳泡沫材料.     

苯基三甲氧基硅烷改性纳米纤维素纸基阻隔涂层的制备及性能

采用苯基三甲氧基硅烷为改性剂,对纳米纤维素(CNF)进行改性处理,随后将其涂覆于普通A4纸表面,经固化制得苯基三甲氧基硅烷改性纳米纤维素纸基阻隔涂层。利用视频光学接触测量仪和电子拉力机分别对空白纸、纳米纤维素纸基涂层(CNF涂层)、苯基三甲氧基硅烷改性纳米纤维素纸基涂层(M-CNF涂层)的疏水性和力学性能进行了测试。结果表明,M-CNF涂层样品表面的水接触角为120.3°,相比于空白纸提高了17.2°,具有较强的疏水性。M-CNF涂层样品的拉伸强度、弹性模量和韧性相比于空白纸分别提高了314.7%、332.8%和297.9%,样品表现出较强的力学性能。对涂层的阻隔性能测试显示,M-CNF涂层样品的空气透气度为2837 s/25 cm³,相比于空白纸降低了1233倍;水蒸气透过率为3.586×10³ g/(m²·24 h),相比于空白纸张下降了50.0%,阻隔性能较强。另外,M-CNF涂层样品的扫描电镜照片显示,粘连紧密的三维网络结构填补了CNF涂层未能填充的剩余纸张孔隙,赋予了涂层较强的阻隔性及韧性。     

氧化纳米纤维素增强再生纤维素全纤维素复合薄膜的制备及性能

以2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)氧化松木粉纳米纤维素(TOCNs)为增强相、α-纤维素粉制备再生纤维素(RC)为基体,采用溶胶-凝胶法制备氧化纳米纤维素增强再生纤维素(TOCNs/RC)全纤维素复合薄膜。对不同TOCNs添加量下TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能、光学性能、氧气阻隔性能和热稳定性能进行研究,并通过FTIR、SEM、TEM、XRD和流变仪对TOCNs和TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的结构、形貌及纤维素溶液流变性能进行表征。结果表明,TOCNs添加量对TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的力学性能有显著影响,当TOCNs添加量(与纤维素基体的质量比)为1.0%时,TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的拉伸强度和断裂能分别可达134.3 MPa和21.51 MJ·m?3,具有最佳的综合力学性能;TOCNs/RC全纤维素复合薄膜的透光率随TOCNs添加量的增加而下降,雾度随TOCNs添加量的增加而增大,但仍保持较高的透光率(>85%)和较低的雾度(<14%);TOCNs/RC全纤维素复合薄膜还具有优异的氧气阻隔性,TOCNs添加量为1.6%时,其透氧系数仅为1.47×10?17cm3·cm/cm2·s·Pa。TOCNs/RC全纤维素复合薄膜有优于一般塑料薄膜的拉伸强度和氧气阻隔性,并有可媲美于塑料薄膜的透明度,可作软包装复合材料的强度层和阻隔层,在绿色高性能包装材料领域具有广阔的应用前景。      

纳米纤维素掺杂环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

以环氧树脂E51作为基质材料,纳米纤维素(CNF)作为掺杂材料,采用混溶法制备了一系列不同CNF掺量(0％,0.3％,0.6％和0.9％(质量分数))的环氧树脂复合材料.通过FT-IR、SEM和力学性能测试等方法分析了复合材料的结构、形貌和力学性能.结果表明,掺杂CNF的环氧树脂复合材料体系均已无丙酮存在,且CNF已成...     

羧甲基纤维素增强膜的制备及性能

目的为了获得一种可用于食品包装的羧甲基纤维素增强膜。方法以羧甲基纤维素(CMC)为成膜基底,甘油为增塑剂,分别将质量分数为1%,3%,5%和10%的纳米纤维素(NCC)添加到CMC中,共混流延制备羧甲基纤维素增强膜(CMC-NCC)。结果 NCC的加入,提高了CMC的力学性能和对水蒸气的阻隔性能,还提高了CMC的热性能。FT-IR分析结果表明,CMC与NCC两者间形成了分子间氢键;XRD分析结果表明,NCC可以改变CMC的结晶排列。当添加质量分数为5%的NCC时,CMC-NCC的拉伸强度比纯CMC膜提高了25.6%,断裂伸长率降低了21.3%,透湿量降低了9%,热稳定性提高了2%,透光率维持在87%以上。结论 CMC增强膜具有力学性能高、阻湿性能好等优点,NCC提高了CMC的成膜品质。     

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究

以水玻璃为硅源,采用常压干燥制备了SiO2气凝胶。研究了老化时间、老化剂种类、干燥溶剂种类以及表面改性对SiO2气凝胶结构和性能的影响。结果表明:制得的SiO2气凝胶具有良好的疏水性,密度为0.082g/cm3,孔隙率为96.26%,比表面积达到585.4m2/g。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外分析(FT-IR)、热重分析(TG)、差热分析(DTA)等对疏水型气凝胶的结构和性能进行了研究。     

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶的影响因素分析

常压干燥制备SiO2气凝胶是近年来该领域的研究重点,工艺条件的优化是提高气凝胶性能的关键。以正硅酸乙酯为硅源,甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,采用溶胶-凝胶法,结合老化和三甲基氯硅烷-正己烷-无水乙醇混合溶液的二次表面改性,通过常压干燥工艺制备疏水SiO2气凝胶。利用BET,FT-IR,SEM,TEM和接触角测试等手段对气凝胶进行表征,系统研究水解时间、老化时间、老化温度和改性剂用量对气凝胶性质的影响。结果表明:水解16h,凝胶于55℃下老化48h后,在三甲基氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1.56的混合液下改性48h制备的SiO2气凝胶的性能最好,其孔隙率92%,比表面积969m2/g,接触角达157°。     

常压干燥制备疏水性SiO_2-玻璃纤维复合气凝胶及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为复合硅源,玻璃纤维为增强体,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶。利用N2吸附脱附、扫描电镜、高分辨透射电镜、红外光谱、接触角、热重-差热分析及力学测试等手段表征复合气凝胶,并分析预处理玻璃纤维时的盐酸浓度及浸泡时间对复合气凝胶密度的影响。结果表明:当玻璃纤维的预处理条件为2.5mol/L盐酸浸泡0.5h时,制备得到的SiO2-玻璃纤维复合气凝胶表观密度最低,为0.12g/cm3,孔径主要分布在2~50nm,疏水角为142°,热稳定性温度高达500℃,抗压强度为0.05MPa,弹性模量为0.5MPa。     

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究进展

综述了常压干燥制备SiO2气凝胶的最新研究进展,介绍了常压干燥过程中防止凝胶收缩、变形和碎裂的一些方法.     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 以甲酰胺为干燥控制化学添加剂控制凝胶网络结构, 采用溶胶－凝胶法制得TiO₂醇凝胶; 结合正硅酸乙酯母液浸泡和低表面张力溶剂替换及常压干燥等后处理步骤, 实现了TiO₂气凝胶的常压干燥法制备. 采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS及FT-IR等测试手段对样品进行表征. 结果表明：所制备的TiO₂气凝胶为无定形结构, 表观密度为0.375g/cm³, 比表面积达523m²/g, 平均孔径约9.9nm; 经850℃空气气氛下煅烧4h后, TiO₂气凝胶转变为锐钛矿型结构, 平均孔径增大到16.3nm, 比表面积仍达208m²/g. 本研究提出的制备方法简单, 所制备的气凝胶比表面积高、热稳定好.     

常压干燥制备TiO2气凝胶及光催化降解含油污水性能研究

以钛酸四丁酯(TBT)为原料,利用溶胶–凝胶法、小孔干燥和老化液浸泡工艺在常压下制备出了完整、无开裂的TiO2气凝胶块体.研究了小孔干燥和老化液浸泡技术对常压制备TiO2气凝胶的影响,研究结果表明:小孔干燥能够降低TiO2醇凝胶干燥过程中所受的不均匀收缩应力,而TBT醇溶液和TEOS醇溶液浸泡处理,能够增强凝胶的骨架强度,有助于减轻凝胶在干燥过程中的收缩和开裂,制备出完整的高性能TiO2气凝胶块体.基于小孔干燥和TEOS乙醇溶液浸泡老化处理,制备得到的高性能完整TiO2气凝胶块体,其密度为0.184 g/cm3,比表面积达389.5 m2/g.用高温煅烧后的锐钛矿相TiO2气凝胶催化降解渤海原油污水模拟溶液,在TiO2气凝胶加入量为400 mg/L的情况下,90 min内对渤海原油污水的去除率最高可达91%.     

Effect of Heat Treatment on Silica Aerogels Prepared via Ambient Drying

Silica aerogels were prepared at ambient drying by using ethanol/trimethylchlorosilane （TMCS）/heptane solution as pore water exchange and surface modification of the wet gel before drying. The obtained silica aerogels exhibit a sponge-like structure with uniform pore size distribution. The effects of heat-treatment on the hydrophobicity, specific surface area and other properties were investigated. The results indicated that the hydrophobicity of silica aerogels could be maintained up to 350℃. With increasing heating temperature, hydrophobicity decreased, and became completely hydrophilic after heat-treatment at 500℃. Brunaueremmitt-teller （BET） surface area results indicated that the specific surface area of silica aerogels increased with increasing heating temperature in the range of 150-500℃. The effects of heat-treatment on the morphology and chemical bonding state of silica aerogels were investigated by scanning electron microscopy （SEM）, differential temperature analysis （DTA） and Fourier-transform infrared spectroscopy （FT-IR）.     

中间相沥青基泡沫炭的制备与结构表征

将石油系中间相沥青利用限定尺寸法发泡后获得了泡沫炭,泡沫炭再经氧化、炭化和石墨化处理获得了具有良好孔结构的泡沫炭.利用SEM和XRD分析了泡沫炭的形态和结构.发现调整发泡模具中的自由空间可以控制泡沫炭的孔径;炭化和石墨化后泡沫炭的孔径减小,孔壁片层取向接近石墨;泡沫炭的孔壁由平直孔壁和“Y”形孔壁结构成,前者内部片层取向优于后者.大孔径泡沫炭的孔壁具有更紧密的内部分子排列,但其微晶尺寸较小.     

酚醛基碳气凝胶的常压制备及电化学应用

本研究利用线性酚醛树脂体系,以溶胶-凝胶法在常压条件下制得有机气凝胶,并进一步碳化制备出碳气凝胶.研究发现,该碳气凝胶经过KOH活化后,具有微/介/大孔的分级孔结构,且比表面高达2091.87 m2·g-1.对材料进行电化学性能研究发现,其在1 A·g-1电流密度下,比电容为282.3 F·g-1.在600 W·kg-...     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 以甲酰胺为干燥控制化学添加剂控制凝胶网络结构, 采用溶胶－凝胶法制得TiO₂醇凝胶; 结合正硅酸乙酯母液浸泡和低表面张力溶剂替换及常压干燥等后处理步骤, 实现了TiO₂气凝胶的常压干燥法制备. 采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS及FT-IR等测试手段对样品进行表征. 结果表明：所制备的TiO₂气凝胶为无定形结构, 表观密度为0.375g/cm³, 比表面积达523m²/g, 平均孔径约9.9nm; 经850℃空气气氛下煅烧4h后, TiO₂气凝胶转变为锐钛矿型结构, 平均孔径增大到16.3nm, 比表面积仍达208m²/g. 本研究提出的制备方法简单, 所制备的气凝胶比表面积高、热稳定好.