硝化竹纤维素的开发与应用

硝化竹纤维素是一种新型的材料,不同于传统退役单基发射药的硝化工艺;硝化竹纤维素是采用廉价的毛竹作原料,硝化工艺由北京理工大学刘吉平教授开发研制,并已建立源头生产企业,进行了试制;硝化竹纤维素为半成品,不能直接用于生产,而要通加稳定剂、造粒等工艺;目前萍乡市赣湘虹新材料科技有限公司即将启动硝化竹纤维素深加工生产基地的建设;笔者参与了该项目的前期工作,结合烟花爆竹的实际情况,对产品的衍生引申提出了一些见解,以期抛砖引玉。

不同溶剂体系制备再生竹纤维素膜及其性能

为寻找制备再生竹纤维素(RBC)膜合适的溶剂体系,本研究分别采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)离子液体(ILs)、氢氧化钠/尿素(NaOH/urea)、二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)以及传统的铜乙二胺(CED)和二硫化碳/氢氧化钠(CS_(2)/NaOH)6种溶剂体系溶解竹纤维素(BC),通过温度可控平板刮膜实验装置,刮膜后利用相转换法制备RBC膜,研究膜的形貌结构、化学组成、结晶结构、热稳定性、力学性能和透光性能。结果表明,所有膜的化学组成类似于竹纤维素,结晶结构为纤维素Ⅱ型,结晶度低于竹纤维素。NMMO、ILs和NaOH/urea膜的热稳定性最高;NMMO、ILs、Na OH/urea和DMAc/LiCl膜的拉伸强度均较高;Na OH/urea和ILs膜的透光率最高;CS_(2)/NaOH膜的热稳定性、拉伸强度和透光率均最低。NMMO、ILs和Na OH/urea溶剂体系在满足再生竹纤维素膜市场和环境要求方面具有巨大潜力。

烷基化竹纤维素纳米晶增强醋酸纤维素复合膜的制备及性能

为提升竹纤维素纳米晶在醋酸纤维素中的分散均匀性,提高醋酸纤维素复合材料的力学性能,以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH-570)改性的竹纤维素纳米晶作为增强相,柠檬酸三丁酯为增塑剂,使用溶液浇铸法制备改性竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜。采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等方法分析竹纤维素纳米晶的结构,通过扫描电镜、紫外-可见光吸收光谱、力学拉伸试验和热重分析等测试手段表征了复合膜的微观形貌、透光率、力学性能和热稳定性。结果表明:经硅烷偶联剂KH-570改性后,竹纤维素纳米晶在醋酸纤维素基体中的分散性得到明显改善。复合膜的透光率随着改性竹纤维素纳米晶质量分数的增加而下降。当添加的改性竹纤维素纳米晶质量分数为3%时,醋酸纤维素复合膜的综合力学性能最佳,应力和应变分别达到60.76 MPa和5.05%。此外,改性竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜与竹纤维素纳米晶/柠檬酸三丁酯/醋酸纤维素复合膜相比具有更优异的热稳定性。

CoNi-MOF/竹纤维素复合气凝胶有效去除废水中染料研究

为高效快速解决印染废水污染问题,在竹纤维素气凝胶上负载钴镍双金属有机框架材料(CoNi-MOF),获得CoNi-MOF/竹纤维素复合气凝胶,通过激活过硫酸氢钾(PMS)的高级氧化过程降解印染废水中阳离子染料:罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)、孔雀石绿(MG)、甲基橙(MO)。表征了CoNi-MOF/竹纤维素复合气凝胶的结构和成分,以MB为研究主体,考察了不同PMS添加量及不同pH值对MB催化降解性能的影响,探究催化降解过程中产生的活性氧(ROS)种类并分析了催化降解机制。结果表明,CoNi-MOF呈现纳米片状结构,并且均匀负载在竹纤维素气凝胶三维网络结构上。CoNi-MOF/竹纤维素复合气凝胶在12min内催化PMS对MB、RhB、MG、MO分别可以达到100%、100%、98.73%、98.63%的催化降解效率;循环五次后,对亚甲基蓝仍有79.83%的降解效率,具有较好的循环稳定性。CoNi-MOF/竹纤维素复合气凝胶可作为一种新的思路应用于有机染料废水处理领域。

竹纤维素基吸附材料制备关键技术

竹纤维素基吸附材料是一种具有良好吸附性能和环境友好性的新型材料,可用于处理工业废水、重金属离子和有机污染物等。文章综述了竹纤维素基吸附材料的性能特征、制备技术和应用领域,重点介绍了酯化改性、醚化改性、接枝共聚改性和物理预处理后化学改性四种常用的改性方法,分析了各种方法的优缺点和适用范围,以供参考。

竹纤维素的制备及其功能化材料研究进展

我国竹子资源丰富,产量大,但竹产业整体加工水平不高,传统竹产品技术含量低,市场竞争力弱。从竹纤维素利用的角度,综述了竹子纤维素的分离技术,包括预水解技术、蒸煮技术、漂白技术、漂白化学竹浆选择性去除半纤维素升级制备溶解浆技术;溶解技术,包括CS_(2)/NaOH溶剂体系、金属络合物溶剂体系、碱/尿素和碱/硫脲溶剂体系、NMMO/H_(2)O溶剂体系、离子液体溶剂体系、LiCl/DMAc溶剂体系及功能化利用技术方面的研究进展情况。根据竹纤维素具有可再生、可降解、生物相容性好、亲水性强、机械性能和耐热性能优良等特点,重点介绍了当前国内外利用竹纤维素制备高档纺织材料、过滤膜材料、生物医用材料和光电材料等方面的研究进展情况。最后,结合笔者的研究经历,就竹纤维素材料开发利用方面存在的问题及其未来研究重点和方向阐述了自己的观点,以期为探索绿色、低碳、环保的竹资源利用新技术,开发高技术含量和高附加值竹产品提供借鉴,促进我国竹产业结构升级转型和可持续发展。

竹纤维素纤维的性能测试与应用

对竹纤维与粘胶纤维的性能进行了比较试验 ,竹纤维的强力和成纱强力均略大于粘胶纤维 ,竹纤维的光泽更接近于蚕丝 ,根据不同的用途既可纯纺 ,也可与其他纤维混纺 ,可广泛用作针织、机织用纱。竹纤维良好的吸湿性及抗菌抑菌性 ,能抑止细菌生长、吸附异味 。

竹纤维素乙酰化改性及其纳米纤维的制备

竹纤维经一步碱纯化制得α-纤维素含量高于96%的碱处理竹纤维素,达到了商业合成醋酸纤维素对原料的要求;随后对提纯的竹纤维素进行乙酰化改性,以提高其用于静电纺丝技术制备纳米材料的溶解特性。采用相应的表征手段(SEM和NMR)分析了竹纤维纯化和乙酰化反应过程中产物形貌及结构的变化,结果表明:经Na OH溶液纯化后样品的纤维形貌得到了保持,粗糙的纤维表面印证了原料中杂质成分的脱除;乙酰反应使得纤维素分子上的羟基被取代转变为醋酸纤维素结构。并基于静电纺丝技术(纺丝工艺条件:电压22 k V,溶液流速为1 m L/h,接收距离15 cm,滚筒转速15.2 m/s)成功制得了形貌均匀、取向可控的竹纤维源纳米纤维。相关研究结论可为我国农业纤维性资源纳米化全新利用提供一定的理论基础,契合时下充分开发环境友好型可再生生物质资源的研究主题。

γ射线辐照对竹纤维素分子量及分子量分布的影响

采用60Coγ射线对造纸级竹纤维素浆粕进行辐照处理,用粘度法及凝胶渗透色谱法表征了辐照处理后竹纤维素的分子量及分子量分布的变化规律,并推出其辐射裂解的G(s)值为0.94μmol?J-1。结果表明,竹纤维素是较易辐射裂解的聚合物,竹纤维素的平均聚合度(或相对分子量)是吸收剂量的函数,随着吸收剂量的增加,竹纤维素分子量降低,分子量分布变窄。

离子液体法制备再生竹纤维素膜及其性能

合成离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl),用以溶解聚合度为500的竹浆粕,制得再生竹纤维素膜.通过XRD(X-Ray Diffraction),FT-IR(Fourier Transform Infrared spectrometry),TG(Thermogravimetric)测试手段,研究竹浆在离子液体中再生前后结构性能的变化.结果表明:再生后竹浆的晶体形态由纤维素Ⅰ变为纤维素Ⅱ;[Bmim]Cl对竹浆的溶解属直接溶解,溶解过程不涉及化学反应;再生竹浆的热分解温度较原竹浆有所降低.离子液体法和黏胶法再生竹纤维素膜强度的比较结果表明:同等条件下,离子液体法再生竹纤维素膜的干态强度高于黏胶法再生竹纤维素膜强度.

接枝改性羧甲基竹纤维素对铜离子的吸附研究

以羧甲基竹纤维素(CMC)为原料,以丙烯酰胺(AM)为单体,合成CMC-AM共聚物。并进行正交实验条件优化,得出最佳的工艺条件:质量分数为10%的过硫酸铵为引发剂,m(CMC)∶m(AM)为1∶4,接枝反应时间为3 h,反应温度为60℃。在上述工艺条件下,共聚物总接枝率可达158.5%。采用静态法测定接枝共聚物对铜离子的去除效果。实验结果表明,CMC-AM共聚物对铜离子有很好的吸附脱除性能,吸附能力达到600 mg/L,吸附容量可达14.23 mg/g。

辐照对竹纤维素聚合度及其结晶结构的影响

采用60Coγ射线对高聚合度的造纸用竹纤维素浆粕进行辐照处理,用铜氨溶液法测定辐照前后竹纤维素浆粕的平均聚合度,并采用红外光谱法及X射线衍射法研究其结晶结构的变化。结果表明:竹纤维素的平均聚合度随辐照剂量的增加而下降,当辐照剂量达到15 kGy时,聚合度的下降趋势变缓;但在研究的辐照剂量范围内,竹纤维素的结晶结构未被破坏。

竹纤维素微粉的结构与性能研究

采用热化学酚化技术对竹粉进行液化,分离得到竹纤维素微粉(BCMP)。通过对比实验,测试了竹纤维酚化前后的结构和性能。实验结果表明,竹粉中的纤维素无定型组分和木质素组分完全被酚化,而未被酚化的残渣为具有高度结晶结构的纤维素纤维;BCMP纤维质量分数达97%以上,羟值126.8 mg KOH/g,热分解温度达300℃以上,并具有比竹粉更好的疏水性、耐热性、抗紫外老化性能和抑菌性能。

竹纤维素/NMMO·H_2O溶液流变性能的研究

采用HAAKE RS150L型旋转流变仪对竹纤维素/NMMO.H2O溶液的流变性能进行了研究。结果表明,竹纤维素/NMMO.H2O溶液为切力变稀流体;随着竹浆粕平均聚合度的增大,溶液的非牛顿指数n减小,而溶液表观黏度η、稠度系数K、黏流活化能Eη和结构黏度指数Δη增加;随着温度的升高,溶液的表观黏度下降,非牛顿指数增大;碱处理竹纤维素/NMMO.H2O溶液的流变性能受竹纤维素原料的聚合度、α-纤维素含量(或半纤维素含量)及杂质含量等因素的综合影响。

Lyocell法竹纤维素纤维的结构与吸湿性能的研究

分析研究了Lyocell法竹纤维素纤维的结构与吸湿性能,并与黏胶法竹纤维素纤维及Lyocell法木纤维素纤维进行了比较。研究表明:Lyocell法竹纤维素纤维的截面形状接近圆形或椭圆形,表面光洁、无裂纹,与Lyocell法木纤维素纤维相似,明显不同于黏胶法竹纤维素纤维;其结晶度也和Lyocell法木纤维素纤维接近,均大于黏胶法竹纤维素纤维;其平衡回潮率及吸湿放湿速率较Lyocell法木纤维素纤维高,但低于黏胶法竹纤维素纤维。

纳米SiO_(2)复合PVA/竹纤维素膜的制备

为了获得纳米二氧化硅(SiO_(2))改性竹纤维素/聚乙烯醇(PVA)复合膜,将SiO_(2)纳米颗粒水溶液加入到竹纤维和PVA高分子基体,以甘油为增塑剂制备了纳米SiO_(2)改性竹纤维素/PVA复合膜。研究了纳米二氧化硅含量对复合膜的拉伸强度、断裂伸长率以及阻隔性能的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对复合膜进行了测试。结果表明,加入SiO_(2)的质量分数为PVA的3%,拉伸强度达到36 MPa,拉伸强度增大38.5%,复合膜断裂伸长率增加76.6%。SEM分析和XRD测试均表明,加入的纳米SiO_(2)与竹纤维素和PVA高分子分子间产生了交联作用,从而使得复合膜的力学综合性能和耐热性能得到了有效提高。

竹纤维素纤维性能及其产品开发

通过观察竹纤维素纤维的结构、测试性能并与毛等对比 ,分析了竹纤维的组成和对其加工作了介绍 。

竹纤维素分离级分的结构特性

为促进竹纤维素的高效利用,研究了竹纤维分级分离所得3种竹纤维素级分的结构特性。结果表明,随着分离级数增加,纤维素分子链发生断裂的程度加剧,重均相对分子质量MW值逐渐减小。第一级、二级和三级纤维素是高纯度的,它们的红外图谱上没有出现与木质素和半纤维素有关的特征吸收峰。经分级分离后,3种纤维素的物理结构发生了很大变化,其纤维表面疏松多孔,且密布沟槽。从第一级、二级到三级纤维素纤维的长度和结晶度逐渐降低,而酶解效率逐渐增高。由此可见,各级竹纤维素的加工与应用特性得到改善。

再生竹纤维素中空纤维膜的制备及性能

采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂溶解竹纤维素,通过干-湿纺法制备再生竹纤维素中空纤维膜,并采用其构建的中试膜系统对饮用水进行深度处理。结果表明,中空纤维膜的结晶结构为纤维素Ⅱ型,结晶度比竹纤维素低,化学组成与竹纤维素没有明显差异。中空纤维膜热稳定性和力学性能良好,初始热分解温度为329.8℃,拉伸强度达(62.6±6.1)MPa。饮用水处理(运行90天)后,溶解性总固体(TDS)值由574mg/L降为154mg/L,细菌总数由35~40cfu/mL降为20~25cfu/mL,出水口感好,生物安全性高。

离子液体[Bmim]Cl工艺竹纤维素包装膜制备

为研究温度和竹粉粒径对竹纤维素溶解率影响,以竹粉为原料,离子液体[Bmim]Cl为溶剂,甘油为增塑剂,制备竹纤维素包装膜,利用X射线衍射、傅里叶红外光谱和热重分析等表征手段研究竹纤维素在[Bmim]Cl中溶解前后的变化。研究结果发现:竹粉粒径越大,竹粉的溶解率越小,当[Bmim]Cl溶解处理竹粉5.0 h后,60目和200目粒径竹粉的溶解率分别为12.3%和21.8%。竹纤维素在离子液体[Bmim]Cl溶解过程属于物理过程,X射线衍射表明晶型完成由纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ的转变;热重分析表明竹纤维素再生前后具有良好的热稳定性。竹纤维浓度由5%增加到20%,薄膜的拉伸强度从7 MPa提高到14 MPa,断裂伸长率从2%提高到7.6%。研究结果为竹纤维素在包装领域开发和利用提供理论支持。