纤维素/无机复合材料:纤维素及其衍生物的矿化与应用

纤维素及其衍生物与羟基磷灰石(HA)的复合材料可以协同两者优势,兼具纤维素的结构、功能性和柔韧性与HA的耐热性、稳定性和生物相容性等。纤维素/HA复合材料常用的矿化方法主要有原位矿化法和仿生矿化法,仿生矿化合成的HA一般具有更高的表面积、表面粗糙度以及更显著的生物活性和可吸收性。纤维素还可以通过不同的交联策略和化学改性调节HA晶体的生长取向和形貌。本文主要综述了纤维素/HA复合材料的研究进展,对纤维素及HA的性质、纤维素对HA的矿化调控进行了归纳总结,重点介绍了纤维素/HA复合材料在水处理吸附剂、药物传输系统、骨组织工程等方面的研究现状,并对目前研究中界面理论的缺失以及未来的研究方向进行了分析和展望。

“无机粒子-无纺布”协同改性碳纤维复合材料及其增韧机理

针对碳纤维复合材料层间性能较差、易发生分层损伤的问题,提出一种采用SiC粒子和热塑性共聚酰胺(PA)无纺布对碳纤维/环氧树脂基复合材料(CFRP)进行增韧改性的技术,在层间构筑一种“无机颗粒/热塑性纤维/树脂基体”多组分多尺度增韧相体系,对比分析改性前后复合材料的Ⅰ型、Ⅱ型层间断裂韧性和耐热性,借助扫描电子显微镜(SEM)和动态热机械分析仪揭示其增韧和耐热性机制。结果表明,与未改性的CFRP材料相比,当SiC填充量(质量分数)为1%、PA无纺布面密度为25 g/m2时,改性CFRP材料Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)和Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)分别提高了52.7%和222.6%。无机粒子的阻滞效应、纤维的桥连效应和基体树脂的塑性变形是其主要增韧机制。

纳米纤维素的制备及其在复合材料中的应用

纳米纤维素是纤维素基纳米材料,主要有微纤化纤维素、纳米微晶纤维素和细菌纤维素三种类型。它具有天然纤维素可再生、生物可降解、生物相容、稳定的化学性等优点,同时在纳米状态下具有高强度、高比表面积、高结晶度、高透明度、低密度和低热膨胀系数等特性,可以改善和赋予材料光、电、磁等性质,因此被广泛应用于复合材料、精细化工、医药、电子等领域。纳米纤维素的制备主要是运用化学、机械、生物的方法来处理纤维素,从而使纤维素中的无定形非结晶区降解,留下规则的结晶区结构。简单介绍了纳米纤维素的制备方法,及其在复合材料中的应用和展望。

纤维素-石墨烯基复合材料的制备及应用研究进展

纤维素与石墨烯有着较好的相容性,两种物质的结合能使所得复合材料(即纤维素-石墨烯基复合材料)获得结构和性能上的显著改善及增益,使之在能源存储、柔性电子、智能穿戴、生物医疗、污水治理等多个领域产生重要应用。首先介绍了纤维素和石墨烯的基本物化性质和形貌特征;接着概括了制备纤维素-石墨烯基复合材料的主流方法,分析各自优势与局限性;同时阐述若干典型纤维素-石墨烯基复合材料的制备与应用实例;最后展望其发展前景。

纳米纤维素基复合材料在锂硫电池中的应用研究进展

锂硫电池因具有高的理论比容量和能量密度,成为极具应用前景的下一代储能器件。纳米纤维素基材料因其独特的多孔网状结构和理化特性,在锂硫电池的开发研究中受到广泛关注。本文在简要介绍锂硫电池基本工作原理的基础上,分析了阻碍其商业化发展的问题和面临的挑战。针对纳米纤维素的独特结构和优异性能,重点综述了纳米纤维素基复合材料在锂硫电池中的最新研究进展,包括作为隔膜、阴极材料和其他组件等,有效缓解“穿梭效应”“体积膨胀”和“锂枝晶”等关键难题,明显提升了电池的电化学性能与使用寿命。此外,还介绍了纳米纤维素基复合材料在未来发展中亟待解决的问题,并对纤维素基锂硫电池器件的发展方向进行了展望。

改性纤维素纳米晶/PBAT复合材料的制备与性能

针对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)力学性能和阻隔性能不佳的问题,采用醇-水溶液法制备了硅烷偶联剂改性的纤维素纳米晶(MCNC),将其作为填料与PBAT熔融共混获得MCNC/PBAT复合材料,考察了MCNC含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,MCNC抑制了PBAT分子链运动,降低了PBAT的结晶度,MCNC的质量分数为1%时,PBAT的结晶度降低至5.8%,另一方面,MCNC又可以通过异相成核促进PBAT结晶,显著提升了PBAT的结晶温度。少量MCNC可以在PBAT基体中均匀分散,增加复合材料的热稳定性,当MCNC的含量较高时,MCNC发生团聚,复合材料的热稳定性下降。当MCNC的质量分数为0.5%和1%时,复合材料的断裂伸长率由未加MCNC的446%升高至502%和478%;继续提高MCNC的添加量,MCNC/PBAT复合材料的断裂伸长率低于纯PBAT,这主要是因为高浓度的MCNC与PBAT间形成的刚性渗透网络结构增强了材料模量,降低了材料韧性。与纯PBAT相比,当MCNC的质量分数为1%时,复合膜的O2透过量和水蒸气透过量分别下降了31.1%和37.6%。

研究人员开发出一种新型纤维素增强纤维复合材料

德国纺织和纤维研究所与项目合作伙伴CG TEC、Cordenka、ElringKlinger、FiberEngineering和Technikum Laubholz正在开发一种具有纤维素增强纤维的新型纤维复合材料(CELLUN)。该材料的基体是一种热塑性纤维素衍生物,可以用热压或拉挤等工业加工方法进行加工。CELLUN由可再生生物聚合物制成,可以在制造工业模塑部件时取代玻璃纤维或碳纤维。有机薄片越来越多地被用于快速增长的纤维复合材料轻量化结构领域。

纤维素纳米纤维复合膜的制备及其作为食品包装材料的优异性能研究进展

近年来,塑料包装的大量使用造成了严重的环境污染。随着人们环保意识的提升,开发可生物降解的新型食品包装材料以替代传统石油基塑料已成为研究热点。纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNF)因其高比表面积、高弹性模量、高强度和高气体阻隔性等优异性能而受到研究者们广泛青睐。本文总结了CNF及其相关复合膜的制备方法,讨论了CNF复合膜作为食品包装材料的机械性能、阻隔性能、抑菌性能、可降解性及响应性能。最后,提出CNF应用于食品包装领域所面临的挑战,旨在为未来生产纳米纤维素食品包装材料代替传统石油基材提供参考。

纤维素纳米晶改性及其环氧树脂复合材料的制备与性能研究

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性,然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5%CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明:加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料,断面比纯EP膜更加粗糙,裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低,T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小,K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大,K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比,其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。

碳纤维增强树脂基复合材料的层间颗粒增韧技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有高强高模的优点,被广泛应用于汽车、体育、船舶、航空航天等领域,达到了材料轻量化的要求。目前使用较多的树脂基体以环氧树脂(EP)等热固性树脂为代表,普遍存在脆性大、韧性差的问题,导致复合材料层合板容易在层间发生开裂。层间增韧是一种有效的增韧方式,它可以在不改变基体树脂粘度的情况下对特定区域进行增韧,提高材料的断裂韧性。本文介绍了层间断裂模式并总结了层间断裂韧性(ILFT)测试的数据处理方法,总结了聚合物颗粒与无机纳米颗粒(主要是碳纳米管)的颗粒种类、增韧机制、引入方式,并主要通过层间断裂韧性评价了各种颗粒的增韧效果。

无机-有机复合材料沸石@聚丙烯酰胺的制备及对Pb^(2+)的吸附研究

重金属污染会引起严峻的环境问题。因此,必须对重金属离子进行测定,但由于重金属离子的含量低并受基体效应影响,检测前需要先将其分离富集。利用一锅法制备沸石@聚丙烯酰胺复合材料,将其作为分离富集材料,结合火焰原子吸收光谱仪,研究对Pb^(2+)的吸附性能。为了得到最佳的吸附性能,对制备条件中的沸石用量进行了优化,并对优化后的复合材料进行了扫描电镜、热重分析和比表面积表征。利用单一变量法,对固相萃取条件中的溶液pH值和振荡时间进行了优化。研究了复合材料在吸附Pb^(2+)过程中的动力学模型、等温线模型和热力学参数。结果表明:在沸石用量为333 mg/g,溶液pH值为5和振荡时间为80 min时,复合材料的吸附效率最佳;沸石@聚丙烯酰胺复合材料吸附Pb^(2+)的过程符合二级动力学和Freundlich模型,且在298.15 K时,热力学参数ΔH=15614.18 J/mol、ΔS=65.2 J/(mol·K)、ΔG=-1878.059 J/mol,是一个吸热且熵增的自发过程;此外,复合材料经过连续三次吸附和解吸实验,对Pb^(2+)的吸附量基本不变,且解吸率保持在89.7%以上,说明沸石@聚丙烯酰胺复合材料具有较好的再生性能。

金属有机框架/纤维素纸复合材料的合成及应用研究进展

近年来,金属有机框架(MOFs)/纤维素纸复合材料因其可再生、孔隙率高、比表面积大及易成形等特点引起了广泛关注。本文主要介绍MOFs/纤维素纸复合材料的合成方法,包括原位合成法和后合成修饰法,并详细综述了复合材料在水体净化、气体分离与净化、分析检测、抗菌、储能和防伪等方面的应用,对其未来发展所面临的挑战和前景进行了进一步展望,旨在为MOFs/纤维素纸复合材料的研究者提供一定参考。

纳米纤维素复合材料在食品包装中的应用研究进展

纳米纤维素具有高表面积、高弹性模量、高强度和高气体阻隔性等优异的物理化学性能,在食品包装领域有广泛应用。为使相关研究者快速地了解纳米纤维素在食品包装中的研究进展,为纳米纤维素的利用和新型食品包装材料的开发提供参考,该文总结了纳米纤维素的来源和特点,讨论了纳米纤维素复合材料的制备方法和纳米纤维素的掺入对复合材料性能的影响,分析了纳米纤维素复合材料的安全性和生物降解性,最后对纳米纤维素复合材料的发展趋势进行了展望。纳米纤维素作为增强相可以增加聚合物基体的机械强度和阻隔性能,还可以作为抗氧化剂、抗菌剂等活性物质的载体,与聚合物基体复合后延长食品货架期。纳米纤维素复合材料可以解决包装行业面临的很多问题,将包装浪费降至最低。同时为了提高纳米纤维素复合材料的物理化学性能,还要继续开发新技术,以期更广泛地应用于食品包装领域。

微波辅助法制备细菌纤维素-纳米银(BC-AgNps)复合材料及其表征

以细菌纤维素(BC)为模板,不同质量浓度的AgNO_(3)(10、50和200 mg/L)为原料,采用微波辅助法制备细菌纤维素-纳米银(BC-AgNps)复合材料后,再对BC-AgNps进行表征,最后考察它的抑菌性能。经电感耦合等离子质谱检测,复合材料中银含量分别为1.11、2.15和4.86 mg/g;扫描电子显微镜结果显示,AgNps均匀分散在BC上,没有团聚现象发生;使用X线衍射仪及紫外可见光谱均可检测到明显的AgNps特征峰且没有杂峰生成,热稳定性没有发生明显改变。所制备的复合材料具备优良的抑菌性能,对大肠杆菌的抑制率在99%以上,对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为39.90%、95.74%和99.87%,抑菌率随反应体系AgNO_(3)浓度的增加而提高。

纳米纤维素及其复合材料的制备与应用研究

纳米纤维素(NC)是一种天然的可再生绿色环保材料,其优异的机械性能、大比表面积、高纵横比、低密度和丰富的表面化学性,使得其在众多领域有广泛的应用前景。将纳米纤维素与传统功能材料复合可有效提高材料的力学性能、吸附性能、电化学性能等。通过不同的合成方法可制备各种纳米纤维素与石墨烯、MXene、导电聚合物复合材料,可应用于传感器、能量储存与转换装置等领域,但目前在工业化应用方面仍存在一些问题。

细菌纤维素基CNFs/ZnO吸波材料的制备及性能

随着电子信息技术的不断发展,电磁污染问题日益严重,高效吸波材料的研究受到越来越多的关注。该文以生物多孔材料细菌纤维素为碳源,采用碳化改性和水热法两步制备了细菌纤维素基CNFs/ZnO复合材料,研究了二水合醋酸锌的浓度对CNFs/ZnO复合材料吸波性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、冷场发射扫描电子显微镜(FESEM)、矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的结构、形貌和吸波性能进行表征。结果表明:CNFs/ZnO复合材料被成功制备,其中碳纳米纤维(CNFs)没有明显的衍射峰,呈无定形状态;碳化和改性CNFs均保持了细菌纤维素三维网络多孔架构的精细纳米纤维微观形貌,但是CNFs变得卷曲且直径明显减小;CNFs/ZnO复合材料中,ZnO被紧密吸引在CNFs表面或随机插入CNFs的空隙中。通过改变二水合醋酸锌的浓度可以控制ZnO在复合材料中的含量,进而调控复合材料的电磁参数,获得良好的阻抗匹配。当二水合醋酸锌的浓度为0.25 mol/L时,ZnO在CNFs上分散得最为均匀,此时CNFs和ZnO的电阻损耗、介电损耗和界面极化等协同作用于三维多孔网络结构上,增加了复合材料对电磁波的多次反射、散射和长程耗散作用。该条件下制备的CNFs/ZnO复合材料,在涂层厚度为2.8 mm、频率为15.1 GHz附近时,其最佳反射损耗为−57.5 dB,有效吸收带宽为7.1 GHz,是一种可靠的复合吸波材料。

天然纤维素增强聚乳酸复合材料性能研究进展

目的 生物源高分子材料聚乳酸(PLA)具有优良的力学性能、加工性能和生物降解性,为了降低成本同时获得更优产品性能以扩大产品用途,将其与来源广泛的天然纤维素共混是一种绿色有效的途径。方法 本文从复合材料力学性能、热性能与降解性能等方面进行梳理,综述近年来天然纤维增强聚乳酸复合材料的研究,并提出发展趋势。结论 考察了不同类型、比例和形态的天然纤维与不同的纤维改性技术用于多功能应用的PLA基复合材料的制备和改进,降低成本的同时获得更优产品性能以扩大产品用途。

油水分离用纤维素基多孔复合材料研究现状

油水分离是解决水体油类污染的有效途径,纤维素基多孔复合材料作为油水分离材料,具有特殊的表面润湿性、高吸附性、可循环性和低成本等优点,受到了研究者的广泛关注。综述了油水分离用纤维素基多孔复合材料的制备方法,包括静电纺丝法、化学交联法、溶胶凝胶法、冷冻干燥法和3D打印法,介绍了高温碳化、化学气相沉积和表面涂层3种对纤维素基多孔复合材料进行疏水改性的方法,总结了不同改性方法对多孔复合材料油水分离性能的影响。阐述了现有材料制备方法和改性方法存在的问题,并展望了用于油水分离的纤维素基多孔复合材料的发展方向。

纤维素纳米晶体制备及其在无机纳米复合材料方面的应用

综述了制备纤维素纳米晶体的几种化学方法,包括酸解法、氧化法、酶解法等,并讨论了这几种方法的优缺点。重点介绍了纤维素纳米晶体负载无机纳米粒子复合材料的制备和在催化、酶固定、抗菌剂等方面的应用。

纤维素在橡胶复合材料中的应用进展

纤维素经过处理后得到微米/纳米尺寸结构、高结晶度的纤维素,是可再生橡胶补强填料。本文系统介绍了微米、纳米纤维素晶体的制备方法,综述了微米、纳米纤维素晶体及不同改性材料改性后增强橡胶制备复合材料的进展,最后对纤维素增强橡胶复合材料研究的方向进行了展望。