纳米原纤化纤维素物化特性表征

纳米原纤化纤维素(Nanofibrillated Cellulose,NFC)是一种新型纳米纤维素材料,应用前景极为广阔.分析表征了国产NFC产品的微观形貌、比表面积、保水值、聚合度、表面电荷性能、分散稳定性、化学结构、结晶结构、热稳定性等物化特性,并与常规纤维素纤维进行对比.结果表明:NFC为细丝状和带状共混网络状结构,柔顺性好,绝大部分细丝或带状物直径为10~60nm,形态和尺寸与普通纤维素纤维有很大区别.NFC表面带负电荷,在水介质中分散稳定性极好,阳电荷需求量为31.6μmol·g^(-1),Zeta为-45mV;比表面积为35.79m2/g;保水值为637.36%;聚合度为693;结晶度为59.87%.红外光谱、XRD和热重等分析表明NFC仍保留天然纤维素的化学结构和结晶结构特点.

基于溶剂置换的微纳米天丝原纤化纤维干燥与性能表征

对微纳米天丝原纤化纤维的溶剂置换干燥过程进行研究,从溶剂的表面张力、溶剂与纤维的接触角、不同溶剂的配比及置换阶数等方面进行溶剂置换工艺的优化;采用溶剂置换干燥后纤维的微观结构、比表面积等测试结果来考察溶剂置换干燥的效果,并与未溶剂置换处理的干燥效果进行对比。实验结果表明,在使用叔丁醇溶剂时,微纳米天丝原纤化纤维的溶剂置换及干燥效果更好;对比分析不同干燥方式、不同脱气温度下比表面积测试结果,发现当使用叔丁醇溶剂置换冷冻干燥方式且脱气温度为105℃时,微纳米天丝原纤化纤维的B. E. T比表面积测试值结果最高,为29.9 m^(2)/g,而在同样实验条件下,直接冷冻干燥后微纳米天丝原纤化纤维的B. E. T比表面积测试值仅为15.6 m^(2)/g。

原纤化PBO纤维耐高温复合隔膜的制备

隔膜对锂离子电池安全性能有着重要影响。为了提高隔膜的耐热性能,采用湿法成型技术,使用聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)原纤化纤维和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布作为原料,制备了一种耐高温的双层复合隔膜(PET/PBO)。差示扫描量热法(DSC)和热尺寸收缩实验证明,PET/PBO复合膜与商用PP隔膜Celgard 2500相比具有更出色的热稳定性,225℃下尺寸收缩仅2.5%;湿法成型工艺又赋予隔膜更高的孔隙率,可达70%;PBO面与电解液接触角仅为14°,具有良好的电解液浸润性;充放电实验证明,PET/PBO隔膜组装的电池有着良好的循坏和倍率性能。表明该复合膜是高性能锂离子电池隔膜的理想候选者。

原纤化超细纤维的特性与表征

原纤化超细纤维的应用潜力巨大,对其特性进行准确表征具有重要意义。本文采用筛分的方式将一种原纤化超细纤维分为5个不同级别的超细纤维,对其纤维长度、打浆度、比表面积以及扫描电镜照片进行了分析,同时探讨上述几种表征方法对于原纤化超细纤维的适用性。结果表明,长度和比表面积测试结果符合随着筛网目数的增加,纤维长度逐渐降低,比表面积逐渐升高的规律。而由于越细小的纤维越容易穿过打浆度仪的筛网,因此打浆度的测试不适合表征原纤化程度较高的原纤化超细纤维。本文建议综合纤维长度、比表面积和电镜照片观察结果对原纤化超细纤维进行表征。

聚对苯撑苯并二噁唑原纤化纳米纤维制备技术及结构性能

聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维是一种具有多重原纤结构的高分子聚合物。通过机械力作用可以使PBO纤维发生原纤化,制备具有直径小于100 nm的PBO原纤化纳米纤维。文中对PBO纤维发生原纤化的历程及机理进行研究,扫描电镜观察发现PBO纤维的原纤化过程包括:脱除皮层、主干破坏、进一步原纤化等阶段,剥离和劈裂是原纤化的主要方式。经过原纤化处理的PBO纤维,呈现不同尺寸纤维组成的多分散体。打浆度70°SR的PBO原纤化纳米纤维的直径可达到50 nm,其保水值118%,纤维长度分布主要集中在0.3~0.5 mm,比表面积21.89 m^2/g。以PBO原纤化纳米纤维为原料,通过湿法成形方式在抄纸系统上制备的纸基材料力学性能随着原纤化程度增加而增加。

原纤化天丝超细纤维微滤膜的制备及性能研究

通过对天丝纤维进行预处理和原纤化,制备出可生物降解的天丝超细纤维。将天丝超细纤维和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)按一定的配比混合后,通过湿法成形工艺制备微滤膜。结果表明,天丝超细纤维具有较高的比表面积和较小的平均直径,比表面积可达到6.43 m^2/g,平均直径为414 nm。当在微滤膜中添加20%原纤化天丝超细纤维(纤维-3)时,与未添加原纤化天丝超细纤维相比,微滤膜的匀度指数和平均孔径大幅下降,匀度指数从67.1降低到35.7,平均孔径从11.37μm减小到3.14μm,抗张强度从334 N/m提高到1180 N/m。

不发生原纤化的溶剂纺纤维—Lyocell LF

奥地利兰精公司开发出不发生原纤化的溶剂纤维—Lyocell LF。这种纤维仍以NMMO(N-甲基玛啉-N-氧化物)为纤维素溶剂,经空气浴和NMMO的水溶液纺丝成形。防止纤维原纤化的技术处理,是在纤维整理过程中进行化学交键。

Lyocell LF--一种低原纤化的纤维

Lenzing公司推出Lyocell LF纤维.该纤维通过生产过程中的化学交联,使其原纤化程度得到较好的控制,几乎保留了普通Lyocell纤维和纱线所有的优点,使后加工更加容易.

利用三辊研磨仪二维化法分散制备部分纤维化纤维素增强聚丙烯

从廉价的纸浆纤维中获得了部分原纤化纤维素(pFC),并通过三辊研磨仪加工制备了纤维增强复合材料。通过三辊研磨机加工的方法,利用强剪切力实现了纤维在疏水性基材聚丙烯(PP)中的良好分散,并通过Micro-CT图像和光学显微镜证实了分散性。在纤维含量为50%时,复合材料的拉伸强度和弹性模量的增加分别超过70%和140%。与纯PP相比,添加纤维素可将复合材料的热膨胀系数(CTE)从平均140×10-6 K-1降低到40×10-6 K-1。差示扫描量热法(DSC)测试结果显示,与PP相比该复合材料具有稍低的结晶温度和稍高的熔融温度。热重分析(TGA)结果表明,pFC和PP在复合物中为完全为两相,并且pFC的热稳定性低于PP。该研究展示一种以提高pFC增强PP复合材料中纤维的分散度的复合材料制备方法,同时该复合材料对于天然可再生材料的利用以及提高PP的工程应用价值提供了一条思路。

超级电容器用原纤化天丝隔膜的制备及性能研究

通过对天丝短切纤维进行打浆处理,获得了具有不同原纤化程度的天丝纤维,并结合湿法成形技术制备得到原纤化天丝隔膜。探究了纤维几何尺寸和形貌对隔膜孔隙结构的影响,对不同孔隙结构隔膜制备的超级电容器电化学性能进行了分析。结果表明,天丝纤维经过不同打浆转数处理后,纤维尺寸和隔膜孔隙结构发生了明显变化。随着打浆转数的增加(20000~250000转),粗纤维比例显著降低,质均纤维长度从2.29 mm降至0.76 mm。孔隙率从81.2%降至66.3%,隔膜平均孔径从1.20μm降至0.27μm,隔膜厚度从47.7μm降至26.0μm,但不同原纤化天丝隔膜制备的超级电容器的阻抗、比容量、能量密度和功率密度变化并不明显。

纳米纤维素的应用研究及潜在市场分析

纳米纤维素是一种生物纳米材料,它取之于丰富的可再生资源,具有生物可降解性能,低的环境、健康和安全风险。近来纳米纤维素研究与开发取得了长足进展,其低成本、低密度、优良的物理和力学性能受到业内的注意。简要介绍了纳米纤维素技术状况,应用研究进展及业已十分清晰的潜在市场。

半纤维素含量对蔗渣纤维基膜结构和性能的影响

目的为了更好地了解甘蔗渣半纤维素在加工过程中与原纤化纤维之间的化学反应性,并为甘蔗木聚糖生物聚合物在材料和产品中的应用创造可能性。方法以甘蔗渣纤维为原料,通过机械法制备原纤化纤维,采用NaOH对纤维素进行处理。通过纳米粒度仪(FLA)、激光粒度仪(LPS)、接触角测试仪(CA)、水蒸气透过率测试仪(WVTR)、扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)等手段对原纤化纤维悬浮液和纤维基薄膜进行表征。研究处理后纤维素悬浮液的组成、粒径与电荷量,以及纤维基薄膜的表观形貌、纤维结构和性能的变化。结果经质量分数大于10%的NaOH处理后,半纤维质量分数降低约6%,纤维素的结晶区发生变化,纤维悬浮液的稳定性大幅度降低。当半纤维素质量分数大于20%时,原纤化纤维薄膜具有优异的水蒸气阻隔性能及疏水性能,接触角为94°±4°。结论蔗渣中的半纤维素与原纤化纤维之间的相互作用及半纤维素侧基取代反应对纤维素材料的组成、结构和性能有重要影响。

Lyocell纤维的绳状整理——实践的现状

Lyocell纤维正变得越来越重要。随着又一批生产厂家陆续建成投产,目前约60,000吨/年的生产能力到2000年将提高到100,000吨/年。Lyocell纤维实际上是一种理想的可产生时髦的织物表面效果的原纤化纤维。对整理工作者来说,控制原纤化作用的趋向经常会遇到许多问题。下面试图通过对Lyocell纤维整理技术现状的讨论,指出开发这种新型纤维所能提供的优良性能的可能途径。

多元共混改性绝缘纸的制备及绝缘性能

为了研究有机填料和无机填料的共同作用对绝缘纸性能的影响,利用纳米原纤化纤维素包覆经盐酸多巴胺表面处理后的纳米二氧化钛(TiO_(2)),得到多元共混填料(PDA-TiO_(2)@NFC),然后将多元共混填料填充到纤维素绝缘纸中,制备了不同多元共混填料浓度改性的三明治结构绝缘纸,探究了多元共混填料改性绝缘纸的最佳浓度,分析了不同多元共混填料浓度改性绝缘纸的抗张强度、直流体积电阻率、击穿特性和空间电荷。结果表明:当多元共混填料浓度为0.5%时,改性绝缘纸的抗张强度相对于未改性绝缘纸提升了17.90%,油浸纸的交、直流击穿强度均提升了17%以上,并且能有效抑制空间电荷的注入,对直流体积电导率的影响不甚明显。利用此种方法制备的三明治结构绝缘纸,力学性能和电气强度提升效果显著,为协同提升绝缘纸的各项性能提供了参考。

Li/MnO_(2)一次电池用纸基隔膜的制备和性能研究

本研究以天丝纤维为原料,通过打浆获得原纤化天丝纤维,采用湿法成形技术制备了原纤化天丝隔膜并应用于Li/MnO_(2)一次电池,对比探讨了不同原纤化程度天丝纤维隔膜和熔喷无纺布隔膜的微观形貌、孔隙结构和电化学性能。结果表明,原纤化程度的增加使隔膜表面细小纤维覆盖主干纤维,同时孔隙率从76.3%降到67.3%,Gurley值从3.30 s增加到10.1 s,平均孔径从0.79μm降到0.35μm,电池欧姆阻抗R_(Ω)从1.55Ω增加到1.94Ω,电池放电电压平台和比容量明显降低。相比于熔喷无纺布隔膜,天丝隔膜厚度较小,平均孔径较小且孔径分布均匀,离子阻抗较低,放电性能稳定。

一种新型复合油液过滤材料的研制

采用PFI研磨法将针叶木纤维研磨12万转进行原纤化处理,并通过80目的尼龙滤网收集,制备出直径1~3μm的原纤化超细木纤维,记为PFI12w-80,将其与3μm玻璃纤维以不同比例配比作为复合滤材的过滤层,以针叶木纤维为基层,共制备了8种不同配比的复合过滤材料。选取代表性过滤材料分别进行了外观形貌、显微结构、断面以及过滤性能分析,结果表明,原纤木纤维含量越高,滤材强度越高,基材和复合过滤层的结合越紧密,过滤精度也越高,但滤材孔隙率减小,压差特性降低。当原纤化超细木纤维含量占比为10%时,对3,5μm颗粒的过滤效率分别达93%,97%,这为高精度过滤材料的研制提供了一种新方法。