纳米微晶纤维素复合膜的制备及性能分析

以具有可持续性和环保特点的棉纤维为原料制备纳米微晶纤维素(NCC),再通过硫酸水解法简单高效地制得NCC悬浮液,将该悬浮液与壳聚糖混合,制备出NCC复合膜.利用万能试验机测试NCC复合膜的力学拉伸性能,同时用拟杯子法测试NCC复合膜的透湿性、用覆盖油脂的过氧化值测试NCC复合膜的阻氧性、用分光光度计测试NCC复合膜的透光性、用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌测试NCC复合膜的抗菌性,最后用细胞培养试验评估复合膜对人体细胞的毒性.结果表明,NCC用量在45%质量分数时,制备的NCC复合膜拉伸强度最大、力学性能最高、断裂界面更粗糙;NCC复合膜水蒸气透过率保持在2.8×10^(-11) g·(m·s·Pa)^(-1)以上;NCC复合膜氧气阻隔性的过氧化值在2.0以上;经过与NCC复合膜32 min的接触,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌接近完全被杀灭;24 h人体细胞存活率在70%以上.综上,所制备的NCC复合膜性能优良,值得开发.

ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的制备及压电特性

采用静电纺丝技术,通过两步低温水热法制备了ZnO@聚丙烯腈(PAN)柔性复合纳米纤维膜。研究了静电纺丝电压和滚筒转速对ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜压电和铁电性能的影响。研究结果表明,当静电纺丝电压为20 kV、滚筒速度为1000 r/min时,ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的输出性能达到最佳,输出开路电压可达到5.5 V,短路电流可达到0.61μA,剩余极化强度可达到0.43μC/cm^(2)。在外部负载电阻为13 MΩ时,柔性复合纳米纤维膜达到最大输出功率0.63μW。经过5000次循环敲击测试,所制备的ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜输出性能保持稳定。通过ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜可实时监测握力器微握、半握、全握三种不同的状态,在自供电柔性压力传感器领域有着广阔的应用前景。

PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜的制备及性能分析

为提高聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的性能,在PAN溶液中掺杂了MgO和Ag纳米颗粒(MgONPs和AgNPs),通过静电纺丝方法制备了不同质量分数的PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外线透反射分析仪、过滤性能测试仪测试复合纤维过滤膜的微观形态、结晶结构、透气性、透湿性及过滤性能等。结果表明:纯PAN纳米纤维的直径为222.9 nm,PAN/MgO/Ag复合纳米纤维的直径为151.5 nm~258.6 nm。相对于纯PAN纤维膜,PAN/MgO/Ag复合纤维膜具有优良的过滤性能和紫外线防护性能,其紫外线防护系数为38.73~55.37,过滤效率为95.36%~97.59%,阻力压降为46.06 Pa~58.31 Pa。当MgONPs和AgNPs的质量分数都是0.75%时,PAN/MgO/Ag复合纤维膜的品质因子最高,为0.071 4 Pa^(-1),过滤性能最好,属于高效低阻且具有防紫外线功能的过滤膜材料。

纤维素纳米晶基复合微球及其在水处理中的应用

纤维素纳米晶(CNC)作为世界上最丰富的生物聚合物,是一种绿色、可再生的环保材料,其较高的比表面积和表面活性基团等良好的吸附剂特性,在废水处理中具有较高的潜在应用价值。当CNC与其它功能性纳米粒子复合时,由于其独特的性质和吸附活性,可以有效地增强各组分的作用,同时以微球作为载体有效解决了纳米材料难以回收利用,对环境造成二次破坏的问题。综述了近年来关于CNC基复合微球在水处理中应用的文献,这将为研究人员提供设计更合适CNC基复合微球的指导方针,从而促进研究。

银-铜双金属纳米粒子/聚乳酸复合纳米纤维膜的制备及其抗菌性能

为制备高效抗菌的生物可降解聚乳酸(PLA)静电纺丝纤维膜,首先利用L-抗坏血酸对银和铜的硝酸盐溶液进行化学还原,得到银-铜双金属纳米粒子(Ag-Cu NPs)。然后将Ag-Cu NPs与PLA纺丝液共混,通过静电纺丝技术制备了不同组成的Ag-Cu NPs/PLA复合纳米纤维膜,并对其形貌、结构、亲水性和抗菌性能等进行测试。结果表明:合成的Ag-Cu NPs的粒径约为32 nm,复合纳米纤维膜中Ag-Cu NPs被PLA基体包覆,且沿着纤维径向排列,纤维表面存在大量微小的孔洞;加入Ag-Cu NPs后,Ag-Cu NPs/PLA的水接触角略微降低,亲水性增加,且Ag-Cu NPs和PLA之间仅发生物理作用,未产生明显的化学作用;相比于纯PLA纳米纤维膜,Ag-Cu NPs/PLA的抗菌率明显提高,当纺丝液中Ag-Cu NPs相对于PLA质量为7%时,复合纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均达到99%。

导电粒子掺杂纳米纤维复合膜的电磁特性及吸波预测

选用氧化锌、石墨烯和铜粉等导电粒子作为电磁介质,采用“静电纺丝+喷雾法”制备导电粒子掺杂聚乳酸纳米纤维复合膜,对复合膜的结构和电磁特性进行表征,并研究导电粒子种类及其含量、膜材厚度对复合膜电磁参数的影响,进而预测膜的吸波性能。结果表明,导电粒子掺杂复合膜的电磁参数特征与导电粒子含量有关,导电粒子质量分数增加,膜材的介电常数实部和虚部明显表现出增大的趋势,石墨烯掺杂复合膜具有较大的介电参数,介电损耗远大于磁损耗,石墨烯质量分数为25%的复合膜在膜材厚度为10.0 mm时的反射损耗为-27.51 dB。掺杂膜材厚度增加,同质量分数下反射损耗的峰值逐渐从高频向低频移动,复合膜倾向于选择吸收波长更长、频率更低的电磁波;导电粒子含量增加,最小反射损耗值逐渐减小,较多的导电粒子能够形成较完整的导电网络,极化能力和介电损耗增强,电磁损耗增加。反射损耗值和吸收带宽与导电粒子含量和膜材厚度有关,可通过调节导电粒子含量和膜材的厚度来调控膜材料的电磁吸收性能。

壳聚糖/纤维素纳米晶复合纤维的制备与表征

纤维素纳米晶(CNCs)强力好,可自组装,但其溶液具有高分散性而无法成丝,壳聚糖生物相容性好,其溶液可纺性好,但纤维力学性能差。本文提出用壳聚糖溶液(CS)协助CNCs纺丝,采用湿法纺丝方法制备壳聚糖纤维素纳米晶(CS CNC)复合纤维,并比较共混和同轴两种不同纺丝方法所制备的CS CNC共混纤维和CS CNC皮芯纤维的结构及性能特征。结果表明,相较于纯壳聚糖纤维,CS CNC复合纤维的耐水稳定性有所提高;与CS CNC共混纤维相比,CS CNC皮芯纤维力学性能更好,初始模量高达489.40 cN dtex,断裂伸长率为9.65%,在芯层有连续的手性向列相层状结构,在偏振光下具有明亮有序的虹彩色,有望应用于防伪方面,进一步扩大CNC的应用范围。

二氧化锰纳米棒掺杂纤维素复合膜用于压电纳米发电机

纤维素是地球上最丰富的天然高分子资源。具有可再生、成本低和生物相容性好等优点,同时纤维素的高结晶性和丰富的极性羟基使其具有大量偶极子和较强的给电子能力,具有良好的压电效应,可作为绿色电子产品的原料。本文采用水热法制备了纯度高、粒径小和分散性好的二氧化锰纳米棒(MnO_(2)),并将其掺杂到Ⅰ型纤维素中制成MnO_(2)/纤维素复合膜,考察不同质量分数的MnO_(2)对复合膜压电纳米发电机电流输出性能的影响。随着MnO_(2)的增加,输出电流呈现先增大后减小的趋势。MnO_(2)掺杂质量分数为30%时,复合膜最大热失重速率温度为325℃,比纯纤维素提高了44℃。复合膜与纯纤维素和MnO_(2)的O1s结合能值均不同,证明纤维素与MnO_(2)之间存在化学键合作用。使用MnO_(2)/纤维素复合膜制成了可达微安级电流的压电纳米发电机,其最大输出电流为80.75μA,输出电压为1.10 V。在手指的按压下,此压电纳米发电机能够驱动LED灯、计算器和电子手表等多种电子产品。此新型绿色环保压电纳米发电机的研究是以纤维素为基质,同时MnO_(2)的掺杂还提高了能量收集效率,为推动纳米发电机技术的发展提供了新思路。

玉米苞叶纤维素纳米晶的制备及其聚砜复合膜的抗污染性能

为了提高玉米苞叶的经济价值,以玉米苞叶为原料,采用高强度超声波法制备纤维素纳米晶(CNC),并协同共混相转化法制备聚砜(PSF)/CNC复合膜。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射以及超滤装置测试了CNC和PSF/CNC复合膜的形态结构和性能;探讨了CNC含量对复合膜的强度,亲水性,水通量以及抗污染性能的影响。结果显示,从玉米苞叶中提取的CNC,平均直径为18.82 nm,平均长度为569.95 nm,晶型结构为纤维素I型,结晶度为53.86%。CNC的加入提高了PSF膜的断裂强度,并可改善PSF膜的亲水性和抗污染性能。综合考虑CNC对PSF复合膜结构和性能的影响,得出CNC最佳添加量为2%,相应复合膜的水通量和抗污染性能分别为纯PSF膜的2.13倍和1.32倍,蛋白质截留率为48.34%。

纤维素纳米晶须提取及其复合膜的制备与表征

以白酒丢糟为原料,采用酸解法提取纤维素纳米晶须(Cellulose nanocrystals, CNCs),将CNCs、胶原蛋白(Collagen, COL)和黄原胶共混制备复合膜.采用单因素及响应面实验确定CNCs的提取工艺,以溶胀性为指标,探讨了CNCs-COL复合膜的制备工艺.利用扫描电镜(Scanning electron microscopy, SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer, FT-IR)、X-射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)及热重分析仪(Thermogravimetric, TG)等对LC、CNCs及复合膜的微观形貌、化学结构、晶型结构及热稳定性进行表征.结果表明,CNCs提取工艺条件为盐酸浓度11%,水解时间110 min,水解温度70℃.所提取CNCs呈规则棒状,具有典型纤维素的红外光谱特征,纤维素晶型为Ⅰ型,结晶度为43.91%,热稳定性优于纤维素;当CNCs与COL质量比1∶10,黄原胶质量分数0.5%,复合温度40℃,复合时间2 h时,CNCs-COL复合膜具有良好的溶胀性,具有较规则的孔隙结构,具有优良的热稳定性.研究结果可为白酒丢糟高值化、无害化转化利用及CNCs-COL基医用敷料的开发提供技术支持.

泥炭藓纳米纤维素的制备及其在海藻酸钠复合膜中的应用研究

目的选取泥炭藓作为苔藓植物门的代表植物,探讨以泥炭藓为原料制备纳米纤维素的可行性,考察制得的泥炭藓纳米纤维素在海藻酸钠复合膜中的应用性能,拓宽苔藓化学内含物的应用范围。方法采用烧碱法提取泥炭藓中的纤维素成分,通过硫酸水解法将提取到的纤维素转化为纳米纤维素。采用FTIR、XRD、热重、动态光散射、SEM及TEM技术对制备的泥炭藓纤维素(Sph-C)和泥炭藓纳米纤维素(Sph-NC)进行表征,检测制备的Sph-NC/海藻酸钠复合膜的力学性能。结果FTIR分析显示,碱处理能够有效去除泥炭藓中的非纤维素杂质;XRD检测显示,Sph-C和Sph-NC中纤维素晶型均为纤维素I;热重分析显示,Sph-NC的热稳定性降低、固体残留率有所增加;TEM观察显示Sph-NC直径约为21.5 nm,属于纳米材料尺寸范畴。将Sph-NC用于海藻酸钠复合膜的制备,可将复合膜的抗张指数和耐破指数分别提高21.2%和15.7%。结论泥炭藓可作为纤维素来源,用于制备纳米纤维素,制得的Sph-NC对海藻酸钠复合膜具有补强作用。

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%。

聚偏氟乙烯/聚砜纳米纤维滤膜的性能优化研究

以聚偏氟乙烯、聚砜为原料,利用静电纺丝法制备了聚偏氟乙烯/聚砜纳米纤维滤膜,研究铸膜液配方和制备工艺参数对复合膜的力学性能、透气性能和过滤性能的影响。结果表明,聚砜的加入,大大提高了聚偏氟乙烯纳米纤维滤膜的综合性能。当聚偏氟乙烯、聚砜、DMAC的质量分数分别为16%、4%、80%时,滤膜的综合性能最好,滤膜的平均接触角、断裂伸长率、平均孔径和气体渗透率分别为119.54°、35.25%、4.1567μm和3.59×10^(-5)m^(3)/(m^(2)·Pa·s);与聚偏氟乙烯纳米纤维滤膜相比,复合膜的平均接触角提高了5.52%,断裂伸长率提高了40.05%,平均孔径下降了33.12%,气体渗透率提高了10.26%。膜内部纤细且丰富的3D贯穿孔隙结构为化学杀菌剂的引入提供更多的载点,可进一步提高复合膜的抗菌性能。

PBAT/没食子酸酯化纳米纤维素复合膜的制备及性能

本文以自制三乙酰基没食子酰氯为单体,以1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑离子液体为溶剂,调节反应物的质量分数,控制反应条件,通过溶液反应,制备高取代度的改性纤维素;而后控制再生条件,并脱乙酰化,制备了高取代度的没食子酸酯化纳米纤维素(PHNC10-1)。傅里叶红外光谱仪(FTIR)、元素分析和原子力显微镜(AFM)证明了PHNC10-1的成功制备。随后将PHNC10-1引入聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT),通过溶液浇铸的方式制备复合膜。拉伸性能测试表明,当PHNC10-1的质量分数为2%时,复合膜的拉伸性能最优,与PBAT膜相比,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了4.5%和7.0%;继续增加PHNC10-1的质量分数,PHNC10-1在基体中团聚,导致复合膜的拉伸性能下降。热重分析和热氧老化实验表明,PHNC10-1可有效地提升PBAT的热氧稳定性。

聚丙烯腈/聚砜双尺度纳米纤维膜的制备、表征及空气过滤应用

通过模块化静电纺丝技术,制备了一种由掺杂氟化聚氨酯(FPU)的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维与聚砜(PSF)纳米纤维组成的双尺度复合纳米纤维膜空气过滤材料,并对其性能进行了表征。该复合膜平均孔径仅有1.35μm,孔隙率达到94.4%,对PM0.3的过滤效率达到99.90%,压降仅有68 Pa,品质因子高达0.101 Pa^(-1),实现了高效低阻。此外,聚丙烯腈纤维膜在氟化聚氨酯掺杂量达到18 wt%时,纤维直径为70±5 nm,水接触角高达153°。通过在COMSOL multiphysics 6.1软件上建立空气流场来模拟纤维膜的滤效和压降,进一步证明了该纤维膜具有优异的高效低阻性能。将双尺度纳米纤维膜与纺粘无纺布进行超声复合后,经打折、封边制备成品过滤器,并将其与商用过滤器进行了对比,在5 min内PM_(2.5)浓度仍保持在18μg·m^(-3),过滤性能明显优于商用过滤器。可为构建高效低阻的纳米纤维空气滤材提供一种思路。

可再生纤维荧光纳米复合膜的构筑

以量子点(QDs)和纤维素纳米复合材料共混所制备的发光膜,在显示器等带有光学特征的领域有较广泛的应用。而现阶段所用QDs通常是II-VI族半导体纳米粒子,金属含量阻碍了它在医学等领域的应用。研究表明,采用碳点(CDs)代替金属量子点,将双醛基纳米纤维素(DNF)和CDs两种原材料共混再分散到明胶溶液中,可以构筑更加高性能的荧光复合膜。总之,该研究为制备可再生纤维荧光纳米复合膜提供一定的实验指导和理论支持,并为研究发光膜材料提供了新思路。

纳米纤维复合质子交换膜研究

质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,决定了其整体性能。目前的PEM存在高甲醇渗透率、价格昂贵等问题,限制了其商业应用。随着纳米复合材料技术的发展,将纳米纤维引入PEMs制备纳米纤维复合质子交换膜(NCPEMs)得到了广泛研究。在NCPEM中,纳米纤维可以形成质子传输的远程通道,并增强骨架以达到PEMFCs的目标性能。文章以NCPEM为重点,综述了NCPEM制备技术的最新进展。此外,还从纤维组成方面综述了有机-功能化有机纳米纤维和有机-无机杂化纳米纤维的纳米纤维复合质子交换膜。

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。

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。

超亲水CNC/PAN复合纳米纤维膜及性能研究

以浓硫酸水解脱脂棉获得的,具有较高机械强度和结晶度的纤维素纳米晶(CNC)作为增强相,结合具有良好热稳定性、化学稳定性的聚丙烯腈(PAN),采用简单的静电纺丝技术制备了具有较高的孔隙率和纯水渗透通量的CNC/PAN复合纳米纤维膜。通过各项表征考察了CNC添加量对薄膜各项性能的影响,结果表明与Pure PAN相比,CNC/PAN复合纳米纤维膜具有良好的热稳定性,更好的力学性能和亲水性。探究了薄膜使用前后厚度、孔隙率与纯水渗透通量的变化情况,分析了薄膜的油水分离性能,拓展了其在水处理领域的应用。