全纤维素复合材料的制备及性能研究

生物复合材料以其优异的可降解性和丰富的原料来源,正引起人们的广泛关注。本文研究了一种全纤维素复合材料的制备方法及其组成结构与力学性能之间的关系。这里首先利用乙酰化化学改性和超声物理分离相结合的方法制备得到了不同乙酰化程度的纳米纤维素作为力学增强填料,然后与塑化的醋酸纤维素母体通过热混方式制备出全醋酸纤维素复合材料。经研究发现,当乙酰化反应时间为5min时,纳米纤维素的乙酰化取代度为0.3左右,结晶度为68.5%,此时纳米纤维素在保证与醋酸纤维素母体有良好的界面相容性的同时又较好地保留了其晶体结构,因此制备得到的全纤维素复合材料的抗拉强度和杨氏模量分别可达到36.9MPa和2.9GPa,展示了广阔的市场应用前景。

基于废旧棉纺织品制备自增强型全纤维素复合材料

通过对棉纤维的可控溶解制备全纤维素复合材料是废旧棉纺织品高效回收再利用的一种方式。研究了棉纤维在磷酸水溶液中的溶解过程,探究了溶解时间对全纤维素复合薄膜机械性能的影响,验证了未溶解纤维素Ⅰ型结晶组分的增强增韧作用。结果表明,6%(wt)棉纤维在25℃磷酸水溶液中溶解3小时后,均匀分布的纤维素Ⅰ型结晶组分使得全纤维素复合薄膜的机械性能达到最佳值,其拉伸强度为145.1 MPa,韧性为12.4 MJ/m3。此外,利用扫描电子显微镜对复合薄膜拉伸断裂截面进行表征分析,表明增强相与基体间优异的界面相容性。

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^-17cm^3·cm/cm^2·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。