改性纳米纤维素对聚乳酸热降解动力学行为影响研究

采用硅烷偶联剂(KH-570)对纳米纤维素进行表面硅烷化改性,通过溶液浇筑法制备了硅烷化纳米纤维素/聚乳酸复合膜材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)分析了硅烷化纳米纤维素的化学结构、微观形貌、聚乳酸基体中的分散情况和不同升温速率下聚乳酸复合材料的热降解行为机制。结果表明,硅烷化改性成功发生在纳米纤维素的表面,且在聚乳酸基体中分散性好。通过CR和IKR模型分析得出改性前后纳米纤维素对聚乳酸材料表现出不同的热降解机制。     

聚乳酸/纳米纤维素可降解食品包装薄膜的研究及其在西兰花保鲜中的应用

在能源危机和环境恶化的双重压力下,食品包装逐渐朝着节能环保方向转型。聚乳酸(PLA)因原料可再生且降解性能优异而成为绿色食品包装材料的主力军,用同样具有生物降解性的高强度填充粒子纳米纤维素(NCC)改性聚乳酸,不仅能获得一种高性能复合包装材料,而且还符合可持续发展的时代潮流。本文以聚乳酸为基材、纳米纤维素为改性剂、聚乙二醇(PEG)为界面相容剂,制备得到一系列可降解食品包装薄膜。研究了纳米纤维素含量对复合薄膜表面形貌、热性能、力学性能、渗透性能以及透光性能的影响,考察了不同薄膜包装对西兰花常温贮藏的保鲜效果,并探索了聚乙二醇和纳米纤维素对聚乳酸复合材料降解性能的影响及作用机理。主要研究结果如下:1.采用溶液浇铸法制备一系列不同纳米纤维素含量的聚乳酸/纳米纤维素复合薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察薄膜的表面形貌,发现当纳米纤维素添加量小于4wt%时可被聚乙二醇完全包裹并在聚乳酸中均匀分散……2.分别用纯聚乳酸薄膜、PLA/N0/P10复合薄膜以及PLA/N2/P10复合薄膜包装西兰花…….3.将纳米纤维素和聚乙二醇以不同比例与聚乳酸熔融共混制备聚乳酸/纳米纤维素复合材料,随后进行为期60天的模拟体液降解实验……     

聚乙二醇增容纳米纤维素/聚乳酸共混体系的研究

采用溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸/聚乙二醇三元复合材料,与纯聚乳酸相比,该复合材料的抗张强度和断裂伸长率分别提高了41.2%和38.4%.傅立叶红外(FT-IR)表明聚乙二醇的存在使纳米纤维素和聚乳酸之间形成了强烈的氢键作用,明显改善了纳米纤维素和聚乳酸之间的相容性,提高了界面黏结力.扫描电子显微镜(SEM)观察了...     

聚L-乳酸/二氧化硅纳米复合材料的降解性能研究

为了研究乳酸齐聚物接枝改性SiO2(g-SiO2)对聚乳酸降解行为的影响,采用熔融共混法制备得到了聚乳酸/g-SiO2纳米复合材料。重点研究了PLLA/g-SiO2纳米复合材料和PLLA在PBS缓冲溶液中的降解行为,通过其表观形貌观察、吸水率、失重率研究发现g-SiO2能够加速PLLA的降解,并且随着g-SiO2含量的增加,其降解速率明显加快。降解过程的DSC测试显示PLLA/g-SiO2纳米复合材料的Tg随着降解时间的延长而逐渐减小。     

亲水性聚氨酯复合材料的体外降解性和细胞相容性

采用摇床法和体外细胞培养法对亲水性羟基磷灰石/聚氨酯(HA/PU)纳米复合材料的体外降解性和体外细胞相容性进行了评估。结果表明:HA/PU纳米复合材料在磷酸缓冲溶液中浸泡不同时间后,材料发生了不同程度的降解。纳米HA含量对复合材料的降解性有一定影响,纳米HA含量较高的复合材料表现出较缓的降解速率。体外细胞相容性实验表明,MG63细胞在纯PU上成球型,抱团生长;而MG63细胞在HA/PU复合材料上生长良好,牢固地黏附在表面,并借助伪足在材料表面充分伸展,这说明HA/PU复合材料为细胞的黏附、增殖以及生存活力的维持提供了有利的环境。这些结果表明该HA/PU纳米复合材料有望用于骨组织工程修复。     

纳米纤维素/聚乳酸复合包装薄膜的制备及表征

目的添加适量的纳米纤维素改善聚乳酸的脆性,以适应产品的包装。方法将聚乳酸(PLA)与纳米纤维素(CNFs)共混制备复合包装材料,测试该复合材料的力学性能、透光率、红外谱图,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合包装材料的表面形貌。结果纳米纤维素添加到聚乳酸中增加了其力学性能,当纳米纤维素质量分数为2%时,拉伸强度和冲击强度都达到最大;随着添加CNFS比例的增大,CNFs/PLA复合薄膜材料的透光率随之降低,雾度随之升高,但是该薄膜作为包装材料对商品的可视性影响不大。结论纳米纤维素(CNFs)是具有一定长径比的纳米级线状材料,对材料的拉伸强度具有增强作用。     

聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料降解性能研究

以聚乳酸为基体,以小麦秸秆纤维为增强体制备聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料。通过测试该复合材料在不同pH值PBS缓冲液降解过程中的吸水率、质量损失率和拉伸性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察降解过程中复合材料的表面形貌变化,研究其随时间变化的降解性能。结果表明,在不同pH值的PBS缓冲液中,聚乳酸/小麦秸秆纤维复合材料的吸水率、质量损失率都随着降解时间的增加而增大,但后期增大比较缓慢;复合材料在弱碱性环境中降解最快,弱酸性环境次之,中性环境最慢;随着降解时间的增加,复合材料的拉伸强度和杨氏模量明显降低,表面由光滑变成凹凸不平,小麦秸秆纤维裸露在表面。     

纤维素纳米晶/聚乳酸复合材料的制备与性能

用酸解法制备了纤维素纳米晶(CNC),然后用醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯通过自由基聚合的方法对CNC进行包覆改性,制得改性纤维素纳米晶(m-CNC),再将m-CNC和聚乳酸(PLA)通过溶液浇注法制备复合材料。利用透射电子显微镜、红外光谱、扫描电子显微镜、广角X射线衍射、力学和降解性能测试研究了m-CNC/PLA复合材料的结构与性能。结果表明,酸解法制备的棒状CNC直径约为5 nm~26 nm,长度约为40 nm~380 nm。随着m-CNC含量的增加,m-CNC/PLA复合材料的拉伸强度呈上升趋势,当m-CNC的含量为8%时,m-CNC/PLA复合材料的拉伸强度与纯PLA的相比增加了43.3%。在PLA中加入适量的CNC或m-CNC,PLA的结晶度提高而晶粒尺寸减小。m-CNC的加入减缓了m-CNC/PLA复合材料在模拟体液中的降解速率,但加速了其在土壤中的降解。     

竹纤维和海藻酸钠提升聚乳酸的降解性能

为提高聚乳酸(PLA)的降解性，将竹纤维(BF)和海藻酸钠(SA)与PLA共混制备复合材料，并进行土壤降解试验以探究其降解性能，检测降解后复合材料的质量损失率、表面微观结构、官能团变化、热性能和结晶度等指标。结果表明：SA和BF均可提升PLA复合材料降解的质量损失率。降解21天后，BF/PLA和SA-BF/PLA复合材料的质量损失率分别为0.83%和2.54%，相较于纯PLA的0.11%分别提高了7.55和23.09倍。降解后，SA-BF/PLA复合材料的表面出现大量的裂痕与凹陷，这增大了复合材料与土壤中的接触面积，进而加速了复合材料的降解。纯PLA在降解过程中质量损失率很低，但降解后其羰基含量明显上升，表明土壤降解会导致部分PLA长链高分子断裂为小分子。相比于纯PLA,BF/PLA和SA-BF/PLA复合材料的结晶度大幅度降低，表明SA和BF可降低PLA复合材料的结晶度，提高其降解性。由此可见，SA和BF可提升PLA复合材料的降解性能。此研究结果将为高降解性PLA复合材料的制备提供理论参考。     

乳酸原位聚合改性纳米纤维素的制备及应用

乳酸原位聚合改性纳米纤维,并和聚乳酸制备复合材料。先由64%硫酸水解微晶纤维素(MCC)制备纳米纤维素(NCC),再乳酸原位聚合接枝纳米纤维素得到改性后纳米纤维素(g-NCC),最后将g-NCC按0%~5%质量比与聚乳酸(PLA)共混,制成复合材料g-NCC/PLA。透射电子显微镜观察得到棒状纳米纤维素长度为100~200nm,直径为10~25nm,傅里叶变换红外光谱和核磁共振谱证明乳酸均聚物已接枝到纳米纤维素,复合材料性能分析表明g-NCC与PLA相容性比未改性NCC与PLA相容性好,g-NCC含量为2%时,复合材料拉伸强度可达到45 MPa,比纯PLA提高85%,结晶度提高10%。     

结合分子模拟探讨液体复合材料中改性PBS与纤维素衍生物之间的相互作用

采用聚乙二醇(PEG)改性的聚丁二酸丁二醇酯(PEG/PBS)分别与改性纤维素羧甲基纤维素(CMC)和羟乙基纤维素(HEC)共混制备了在水相均匀分散的聚酯/纤维素新型液体复合材料,并结合分子模拟技术对液体复合材料间的相互作用机制进行了研究。结果表明:1 H-NMR证明了PEG/PBS共聚物具有预期的化学结构;分子动力学模拟表明PBS呈现螺旋结构,PEG的引入改变了其结构的规整性,且有效提高了共聚物分子链的极性和柔顺性,改善了其与纤维素衍生物的相容性。复合材料的能量分布结果表明PEG/PBS中醚、酯基官能团与纤维素衍生物中的羟基官能团之间存在较强的氢键作用和范德华力。FTIR谱图中官能团(如—OH、—OCO—、—COOH、—C—O—C—等)吸收峰频率的偏移、SEM照片中表界面形态的变化、EDS能谱中C和O元素的含量变化等表明PBS及其醚化PEG/PBS与CMC的官能团之间发生了相互作用,且醚化改性后相互作用增强,复合材料的透过率由50%提高到70%以上,热稳定性和柔韧性均提高,验证了分子模拟的结果。     

壳聚糖/纤维素生物质发泡复合材料多孔结构的表征

以壳聚糖微粒为增强体,离子液体为纤维素溶剂,采用冷冻干燥法成功制备了壳聚糖/纤维素生物质发泡复合材料。利用SEM、XRD和TGA表征多孔复合材料微观结构、结晶性能以及热稳定性,测试了其孔隙率和吸水性能。实验结果表明:壳聚糖/纤维素多孔复合材料具有三维相互贯通的微孔结构,壳聚糖粉体有助于孔洞结构的形成,TGA结果显示纤维素多孔材料的热稳定性能得以提高。XRD结果显示纤维素经离子液体溶解再生后晶型结构由纤维素I转化为纤维素II。纤维素含量较低(≤4wt%)时,随1wt%壳聚糖粉体的加入,孔隙率明显提高。壳聚糖/纤维素多孔复合材料的力学性能随纤维素含量的增加而不断提高,而吸水性能有所下降。壳聚糖与纤维素质量比为1∶3时,壳聚糖/纤维素多孔复合材料孔隙率为72.7%,吸水率和相对保湿率分别为28.0g/g和17.6g/g,断裂强度和断裂伸长率分别为0.32 MPa和25.4%,能够作为一种优良的吸附材料用于制备高性能的医用敷料。     

不同环境中秸秆/SPI改性脲醛树脂复合材料花盆降解行为

为研究不同环境中秸秆/大豆分离蛋白(SPI)改性脲醛树脂复合材料花盆的降解性能,采用土壤掩埋(SB)和户外曝露(OE)2种方式对试样进行降解处理,通过力学性能、质量损失和吸水性测试,热重-红外联用(TG-FTIR),SEM和EDS能谱对花盆的结构和性能进行了研究。结果显示: 与对照组(US)相比,经SB和OE降解处理12个月后,花盆的抗拉强度分别下降了36.51%和19.92%,抗拉弹性模量分别下降了9.38%和3.92%,断裂伸长率分别减少了41.36%和36.61%,质量损失率分别为13.74%和4.69%,且试样吸水性均增强。 TG-FTIR联用分析表明: 降解处理后花盆的热解脱气条件变得温和,最大热解峰延后。SEM扫描观察发现: SB处理后花盆表面腐蚀度及形貌变化大于OE处理后的,两者表面C和N含量均显著下降,表明秸秆/SPI改性脲醛树脂复合材料花盆经SB和OE处理后均发生不同程度降解,SB处理后花盆的降解速率高于OE处理后的 。     

Review: current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites

This paper provides an overview of recent progress made in the area of cellulose nanofibre-based nanocomposites. An introduction into the methods used to isolate cellulose nanofibres (nanowhiskers, nanofibrils) is given, with details of their structure. Following this, the article is split into sections dealing with processing and characterisation of cellulose nanocomposites and new developments in the area, with particular emphasis on applications. The types of cellulose nanofibres covered are those extracted from plants by acid hydrolysis (nanowhiskers), mechanical treatment and those that occur naturally (tunicate nanowhiskers) or under culturing conditions (bacterial cellulose nanofibrils). Research highlighted in the article are the use of cellulose nanowhiskers for shape memory nanocomposites, analysis of the interfacial properties of cellulose nanowhisker and nanofibril-based composites using Raman spectroscopy, switchable interfaces that mimic sea cucumbers, polymerisation from the surface of cellulose nanowhiskers by atom transfer radical polymerisation and ring opening polymerisation, and methods to analyse the dispersion of nanowhiskers. The applications and new advances covered in this review are the use of cellulose nanofibres to reinforce adhesives, to make optically transparent paper for electronic displays, to create DNA-hybrid materials, to generate hierarchical composites and for use in foams, aerogels and starch nanocomposites and the use of all-cellulose nanocomposites for enhanced coupling between matrix and fibre. A comprehensive coverage of the literature is given and some suggestions on where the field is likely to advance in the future are discussed.     

The effects of cellulose nanowhiskers on electrospun poly (lactic acid) nanofibres

The effects of cellulose nanowhiskers on the microstructure and thermal behaviour of electrospun poly (lactic acid) (PLA) nanofibres have been investigated in this study. The PLA/cellulose nanowhiskers composite nanofibres are successfully produced by electrospinning the mixtures of cellulose whiskers with PLA solution. The diameters of PLA and its composites are around 300 nm. The scanning electron micrographs show that the cellulose nanowhiskers do not protrude out of the outer surfaces of PLA nanofibres. The existence of cellulose nanowhiskers in the electrospun PLA matrix nanofibres, and the microstructural evolution are investigated by using X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis shows the formation trend of PLA α crystal with the addition of cellulose nanowhiskers. The electrospun PLA and PLA/cellulose nanowhiskers composites reveal very low crystallinity due to the rapid solvent evaporation and relatively slow crystallisation kinetics character of PLA. The electrospun nanofibres show particularly different thermal behaviour from that of the solution cast films. The nanofibres of pure PLA and PLA/cellulose nanowhiskers experience two consecutively overlapping crystallisation processes. The cellulose nanowhiskers act as heterogeneous sites for nucleation of PLA by decreasing the cold crystallisation onset temperature. The incorporation of cellulose nanowhiskers into PLA nanofibres is expected to improve mechanical properties and bring new functionalities to the electrospun matrix nanofibres.     

淀粉/NaAA/CR吸水复合材料的性能在去离子水和盐溶液中的差异

采用机械共混法制备了淀粉/丙烯酸钠(NaAA)/氯丁橡胶(CR)吸水复合材料,考察了去离子水和3.5%(质量分数)NaCl溶液两种吸水介质对其力学性能和吸水性能的影响,并且观察了复合材料吸水前后的微观形貌。结果表明浸水后,随吸水量的增加,材料力学性能的降低;复合材料在盐溶液中的吸水率远小于在去离子水中的吸水率;在反复使用过程中,能够很好地保持其原有的吸水性能,具有优异的反复使用性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料吸水前后的微观形态结构,吸水组分聚NaAA颗粒吸水干燥后表面发生褶皱。     

硼酸锌含量对麦秸秆/PP复合材料耐霉菌腐蚀性能的影响

为探讨防霉剂硼酸锌对麦秸秆/聚丙烯(PP)复合材料耐霉菌腐蚀性能的影响,对添加不同含量硼酸锌的麦秸秆/PP复合材料进行了霉菌加速腐蚀实验。测试其腐蚀后的力学性能、颜色变化和吸水性,采用FTIR分析其官能团的变化,采用体视显微镜观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明:硼酸锌对麦秸秆/PP复合材料耐腐蚀性能有较好的改善作用,硼酸锌最佳添加量为2wt%,麦秸秆/PP复合材料腐蚀后表面霉菌生长较少,其弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度和冲击强度比不添加硼酸锌分别提高6.5%、50.2%、6.8%和11.1%,吸水率和色差值降低23.9%和30.7%。含量为2wt%的硼酸锌能够有效阻止霉菌菌丝腐蚀麦秸秆/PP复合材料的麦秸秆纤维素和半纤维素,而硼酸锌含量较高时会影响复合材料的界面,导致界面处麦秸秆纤维更易受霉菌腐蚀作用。     

磷酸三丁酯修饰Ti纳米晶须应用于吸附铀酰离子

采用纳米金红石型TiO₂为Ti源, 水热法合成了Ti纳米晶须, 将其表面负载磷酸三丁酯(TBP)制备出修饰Ti纳米晶须。用SEM、 TEM及傅里叶红外光谱仪对Ti纳米晶须及修饰Ti纳米晶须的形貌和结构进行表征, 分别研究了两种材料对铀离子的吸附性能, 考察了修饰Ti纳米晶须吸附铀的动力学及等温吸附模型。电镜表征结果表明, 水热温度为160 ℃成功合成出Ti纳米晶须, 其粒径范围为80~100 nm。吸附铀研究结果表明, 在3 mol/L NO-₃介质中修饰Ti纳米晶须表现出较高的吸附性能, 修饰Ti纳米晶须对铀的吸附动力学模型符合准二级动力学, 吸附等温线符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。将修饰Ti纳米晶须用于自来水中低浓度铀的回收, 结果较好。      

Dynamic compressive response and failure behavior of fiber polymer composites embedded with tetra-needle-like ZnO nanowhiskers

Glass fiber polymer composites embedded with tetra-needle-like zinc oxide (ZnO) nanowhiskers were prepared. The prepared composites exhibited excellent mechanical properties after the effective dispersion of ZnO nanowhiskers in the resin. The static and dynamic compressive properties of the composites were tested in the thickness and in-plane directions. The macro- and microfracture morphologies of the damaged specimens were obtained by using a scanning electron microscope. The results show that the compressive properties of the composites could be significantly affected by strain rates. As the strain rate increases, the composites have a higher strength. The compressive properties of the composites are affected by the content of ZnO nanowhiskers in the resin. The high strength of the composites can be attributed to the three-dimensional structures of ZnO nanowhiskers and the corresponding stress transfer.     

Cellulose modified fibres in cement based composites

The objective of the present work is to evaluate the effect of surface modification of cellulose pulp fibres on the mechanical and microstructure of fibre–cement composites. Surface modification of the cellulose pulps was performed with Methacryloxypropyltri-methoxysilane (MPTS) and Aminopropyltri-ethoxysilane (APTS) in an attempt to improve their durability into fibre–cement composites. The surface modification showed significant influence on the microstructure of the composites on the fibre–matrix interface and in the mineralization of the fibre lumen as seen by scanning electron microscopy (SEM) with back-scattered electron (BSE) detector. Accelerated ageing cycles decreased modulus of rupture (MOR) and toughness (TE) of the composites. Composites reinforced with MPTS-modified fibres presented fibres free from cement hydration products, while APTS-modified fibres presented accelerated mineralization. Higher mineralization of the fibres led to higher embrittlement of the composite after accelerated ageing cycles. These observations are therefore very useful for understanding the mechanisms of degradation of fibre–cement composites.