微纤化/纳米纤维素复合绝缘纸的力学特性及计算方法

油纸绝缘变压器的绝缘纸处于强机械振动和机械冲击的作用环境中,这对绝缘纸的强度和抵抗变形的能力提出了很高的要求。因此,实现对纤维素绝缘纸机械性能的有效提升和准确预测至关重要。文中通过微纤化/纳米纤维素的体相掺杂,制备出不同质量分数的纳米纤维素晶须、纳米纤维素纤维和微纤化纤维素改性绝缘纸。然后对不同掺杂浓度下微纤化/纳米纤维素改性绝缘纸的微观形貌、应力-应变曲线和杨氏模量进行测量,对比了不同长径比的微纤化/纳米纤维素对绝缘纸机械性能的改性效果。从自身强度、形态、界面效应和团聚效应等方面分析了微纤化/纳米纤维素对绝缘纸的改性机理。在详细实验结果和综合分析的基础上,基于Halpin-Tsai模型对理想情况下填料改性作用的分析,考虑到团聚相和界面相的影响,实现了对不同掺杂浓度下改性绝缘纸杨氏模量的预测。独立实验验证表明,所提出的预测模型误差小于1.57%。该研究对实现绝缘纸的纳米改性和机械性能预测具有重要意义。

微纤化纤维素及其制备技术的研究进展

微纤化纤维素(MFC)是一种主要由植物纤维制备而得的可再生高分子材料,兼具天然纤维和纳米材料的特点。近年来,有关MFC制备、改性及应用方面的研究越来越多,然而制备成本高、干燥以及再分散等仍然是MFC规模化生产所不可回避的问题。为了更全面地加深对MFC及其制备技术发展现状的认识,本文首先探讨了MFC物化特性及其命名,然后介绍了MFC机械制备方法,包括高压均质处理、微射流处理、超细研磨处理、冷冻破碎处理和高强超声处理等,并对MFC机械制备存在的问题进行了分析。本文还介绍了MFC制备过程中的预处理方法,包括纤维素酶预处理、酸-碱抽提预处理、羧甲基化预处理、TEMPO氧化预处理、高碘酸盐氧化预处理等。最后对MFC在规模化生产及干燥过程中存在的问题进行了总结。

纳米微纤化纤维素在纸张增强与涂布中的应用

用漂白亚硫酸盐竹浆制备纳米微纤化纤维素(MFC),将MFC与漂白硫酸盐蔗渣浆、漂白针叶木浆以及漂白阔叶木浆混合抄片,探讨了浆内添加MFC对纸张物理强度性能的影响;同时在相同条件下,对MFC和阳离子淀粉的涂布效果进行比较。结果表明,在低涂布量时,MFC涂布的纸张表面强度要高于阳离子淀粉涂布的纸张。

超声处理对制备竹浆微纤化纤维素的影响

以漂白竹浆为原料，采用中性2．2，6，6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）微波氧化预处理，然后在浆浓0．6％下结合超声波处理将竹浆纤维素分离解纤为微纤化纤维素（MFC）。通过表观分散性观察、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外吸收光谱（FI．TR）和X射线衍射仪（XRD）对不同超声时间所制备的MFC的分散特性、形态特征、化学结构、结晶度和晶型结构进行表征分析。结果表明，超声2h可以得到分散性好、完全透明的MFC，其直径分布均一（5～15nm），而长度在微米级；超声处理不会改变纤维素的化学结构和晶体类型，但对其结晶度有一定的影响，超声1．5h其结晶度最高66．97％，超声2．5h后其结晶度剧烈下降至39．16％。

高压均质化处理对微纤化纤维素性质的影响

以竹浆为原料,结合前期的磨浆机(PFI磨)磨浆和化学氧化预处理,研究了高压均质化处理对制备微纤化纤维素(MFC)产品的纤维表面形态及保水值的影响,并确定了最优均质化处理工艺。结果表明,高压均质化处理对纤维具有明显的破壁作用,随着均质化处理次数的增加,纤维的比表面积逐渐增大;同时,通过均质化处理次数与MFC保水值之间的关系,建立起了两者之间的数学模型,从而可以通过控制均质化处理次数来得到具有不同保水值的MFC产品,为MFC的制备提供指导;另外,高压均质机的主腔孔径对MFC保水值也有较大影响,在其它处理条件相同的情况下,主腔孔径越小,所得MFC的保水值越大。

纳米零价铁-微纤化纤维素复合材料的制备及在造纸废水深度处理中的应用

以微纤化纤维素作为天然高分子载体,通过原位液相化学还原反应负载零价铁制备得到了纳米零价铁-微纤化纤维素(NZVI-MFC)复合材料。通过红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析仪(TGA)来表征NZVI-MFC复合材料并研究其耐热性能,同时,将NZVI-MFC复合材料应用于造纸废水深度处理,探讨了NZVI-MFC复合材料添加量和废水初始p H值对废水处理效果的影响。结果表明,NZVI通过原位化学反应均匀负载到MFC基材上,在废水深度处理最佳条件下,造纸废水的CODCr和色度总去除率分别达到78.4%和90.7%。

微波辐射法竹浆纤维素的中性TEMPO氧化及表征

采用微波辐射法和中性2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物(TEMPO)自由基氧化工艺来预处理竹浆纤维素,之后用超声波机械处理制备微纤化纤维素。实验结果表明,在60℃下,TEMPO用量为0.15 mmol/g(以绝干浆计,下同),Na Cl O2用量为10 mmol/g,Na Cl O用量为1 mmol/g,微波氧化2 h,其羧基含量最高到达0.729 mmol/g,氧化效果最佳,超声波处理后微纤化纤维素得率高达85.7%。FT-IR分析表明纤维素氧化后引入羧基官能团;XRD结果揭示纤维素氧化反应只发生在纤维素的无定型区或结晶区表面;纤维素氧化前后的聚合度(Dp)结果表明相对于碱性氧化,微波辐射和中性TEMPO氧化对纤维的降解程度低,从而有效地保持了纤维素原本的长度。

固态热拉伸技术制备聚丁二酸丁二醇酯/微纤化纤维素复合材料

通过固态热拉伸技术成功制备了高性能的聚丁二酸丁二醇酯/微纤化纤维素复合材料,并分析了复合材料结构变化、界面黏结以及晶体取向对力学性能的影响。由于加工过程中纤维表面形成界面结晶,提升了复合材料的界面黏结。此外,由于拉伸过程促进了纤维素以及聚丁二酸丁二醇酯片晶的取向,从而促使复合材料力学性能的进一步提升。此过程简单易操作,适用高分子种类多,有助于启发学生灵活运用各类高分子加工手段制备高性能复合材料。

氧化微纤化纤维素/海藻酸钠/胶原复合水凝胶的研究

以胶原、海藻酸钠和氧化微纤化纤维素为原料制备了氧化微纤化纤维素/海藻酸钠/胶原(OMFC/SA/Col)复合水凝胶。用红外光谱、扫描电镜分析了复合水凝胶的结构和形貌,通过接触角和压缩试验研究了其亲水性和力学性能。结果表明:OMFC和胶原间发生了席夫碱反应;复合水凝胶在20%应变时的压缩应力可达0.45MPa,可满足软骨浅表层的要求;其应变可达90%以上,韧性好;其亲水性好,OMFC含量对其亲水性影响不大。

高强高模微纤化纤维素膜的制备

提出了一种简单的纤维素改性方法(多巴胺改性),并加入交联剂(聚醚酰亚胺)进行交联,得到了高强度、高模量的微纤化纤维素膜。改变多巴胺聚合时间、多巴胺浓度以及交联剂的用量,探索纤维素膜力学性能的变化。结果表明,多巴胺聚合72 h,多巴胺浓度为1 mg/mL以及聚醚酰亚胺加入量为30%时,得到的微纤化纤维素膜力学性能较优异。该方法反应条件温和、环保且容易实现,既为微纤化纤维素的化学改性提供了思路,也为制备高性能纤维素复合材料奠定了基础。

微纤化纤维素的制备及应用研究进展

微纤化纤维素具有极高的保水值、较高的粘结力、悬浮性、稳定性、分散性等常规纤维素产品所不具备的特殊性质。本文介绍了微纤化纤维素的特性和制备方法。总结微纤化纤维素作为一种新型环保纳米材料,在造纸工业、复合材料、食品、医药、电子工业等领域的应用前景。

使用棕榈丝微纤化纤维素和氧化微纤化纤维素提高未打浆针叶木浆和蔗渣浆的成纸性能

为了提高未打浆针叶木浆和蔗渣浆所抄纸页的强度性质,我们将木聚糖酶处理过的漂白棕榈丝浆进行超细粉碎,分离出微纤化纤维素(MFC)和2,2,6,6-4甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化过的MFC(TMFC),并把二者按照2.5%到20%的比率与浆进行混合使用。再测定抄造出的纸页中微纤化纤维素的留着率。结果发现,未打浆针叶木浆和蔗渣浆在经过MFC和TMFC的处理后,所抄纸页的紧度、干湿抗张强度和撕裂度都有所提高,而纸页的透气度会有所下降。然而,对于针叶木纤维来说,常规打浆对纸页强度性质的提高要远高于微纤化纤维素。另一方面,与针叶木相反,蔗渣浆加入微纤化纤维素后,所抄纸页获得的强度性质与打浆相比要更高。在干湿抗张强度的提高方面,不论是未打浆针叶木纤维,或是蔗渣纤维,TMFC的效果都要优于MFC。

预处理对高压均质法制备微纤化纤维素结构与性能的影响

分别采用超声分散和机械搅拌两种方法预处理碱液中的微晶纤维素,再在1 200bar压力下通过高压均质法制备了微纤化纤维素,并研究了两种预处理方法对微纤化纤维素结构与性能的影响。通过对扫描电子显微镜(SEM),傅里叶红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)和热性能的分析表明,所得到的微纤化纤维素仍保持微晶纤维素的基本化学结构和晶型,但长径比增大了,热降解活化能降低了。其中,超声辅助处理的微纤化纤维素(MFC-2)分散更均匀,结晶度最大,说明这种预处理方法更利于形成分子排列规整度较高的聚集态结构。

一步法制备双醛基微纤化纤维素及其明胶复合膜

以竹浆纤维为原料,基于机械力化学法,在高碘酸钠氧化下一步法制备双醛基微纤化纤微素(dialdehyde microfibrillated cellulose,D-MFC),再与明胶交联构筑基于席夫碱键的D-MFC/明胶复合膜。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热分析仪(TGA)和质构仪等对D-MFC和D-MFC/明胶复合膜的官能团、形貌结构、热稳定性和力学性能等进行表征与分析。结果表明,机械力化学法制备的D-MFC直径在10~50nm,长度在微米级,醛基含量为0.237mmol/g。D-MFC在复合膜中具有良好的分散性,D-MFC上的醛基与明胶中的氨基发生反应,形成席夫碱键,从而提高复合膜的热稳定性、拒水性和力学性能。当D-MFC添加量为2.0g时,其拉伸强度可达189.1MPa,最大热失重速率温度为338℃,吸湿率降低至11.14%。采用机械力化学法制备D-MFC具有工艺简便、绿色环保的优点,该生物质复合膜在生物医用材料领域具有潜在的应用价值。

黄麻微纤化纤维素的制备及特征分析

以黄麻为原料,先用二甲基亚砜溶液对黄麻进行前处理,再经酸性亚氯酸钠和双氧水/氢氧化钠溶液处理,除去其中的木质素与半纤维素等成分,得到黄麻纯纤维素,通过超微粉碎机处理,分离出黄麻微纤化纤维素。各阶段产物进行化学成分测试、扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）表征。结果表明,黄麻微纤化纤维素结晶度达到70.95%,直径主要分布在6-34 nm之间。

微纤化纤维素在造纸中的应用

将用PFI磨精浆制备得到的微纤化纤维素(MFC),加入到木浆纤维中进行实验室抄片,对比结合强度及表面性能的变化。从检测结果可看出,加入微纤化纤维素,结合强度及表面性能均有改善,随着用量提高强度提高的幅度变小。

微纤化纤维素对喷墨打印纸涂层性能的影响

目的研究微纤化纤维素作为添加剂对喷墨打印纸涂层性能的影响。方法以胶体二氧化硅为颜料,采用聚乙烯醇为胶黏剂,通过改变微纤化纤维素的添加量(0,0.3,0.5,0.8,1份)制备5组涂料,经过涂布、干燥、压光得到5种喷墨打印涂布纸,通过对涂料的粘度、纸张的物理性能、喷墨打印质量和动态渗透性等进行分析,研究微纤化纤维素对喷墨打印纸涂层性能的影响。结果微纤化纤维素可以降低喷墨打印纸涂层的粗糙度(47%),提高喷墨打印纸涂层的表面强度(36.7%),并对喷墨打印质量和涂层渗透性有很好的改善效果,并发现表面涂层被水浸透的时间与喷墨印刷性能有很好的相关性。结论当微纤化纤维素用量为0.5份左右时,纸张的喷墨打印性能最优。

乳液共混法制备微纤化纤维素/聚乳酸生物复合材料及性能

为了提高聚乳酸(PLA)的韧性和刚性,扩大应用范围,分别以PLA为基体,微纤化纤维素(MFC)为增强材料,通过乳液共混法制备出MFC/PLA生物复合材料。采用扫描电镜、偏光显微镜和万能电子试验机等研究了复合材料的断面形貌、球晶形态和力学性能等。结果表明,通过乳液共混法可将MFC均匀分散在PLA基体中制备MFC/PLA生物复合材料;适量MFC可显著细化PLA的球晶尺寸,提高PLA的力学性能。当MFC质量分数为0.6%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量、弯曲强度和缺口冲击强度分别较纯PLA提高了15.6%、21.1%、30.6%和53.6%。

微纤化纤维素在彩喷纸表面施胶中的应用

目的研究用微纤化纤维素与氧化木薯淀粉进行复配施胶对喷墨印刷性能的影响。方法通过改变微纤化纤维素与氧化木薯淀粉的配比,制备6组表面施胶剂,并通过对施胶前后纸张的吸水性、动态渗透性、光泽度及印刷质量等进行分析,研究用氧化木薯淀粉与微纤化纤维素进行复配施胶对喷墨印刷性能的影响。结果当氧化木薯淀粉与微纤化纤维素复配绝干质量比为100∶1时,施胶后纸张的光泽度、白度和色密度值较高,较大程度地克服了油墨渗色的缺点,文本质量也得到明显改善。结论相比于微纤化纤维素单独施胶,微纤化纤维素与氧化木薯淀粉复配对彩喷纸的喷墨印刷效果更好。

低品质纤维制备微纤化纤维素的研究

以造纸浆渣作为原材料,用高碘酸钠氧化法制备二醛基纤维素(DAC),并利用响应面法优化了DAC的制备工艺,最后对二醛基纤维素进行高压均质化处理得到了微纤化纤维素(MFC)。实验结果表明:在反应温度48℃,氧化剂用量50%,反应时间176 min的最优工艺条件下制备的DAC醛基达到947.38μmol/g。高压均质处理60 min得到的MFC平均粒径为532 nm,结晶度为27.13%,仍然保留有纤维素的基本结构,但热稳定性有所降低。在纸浆中添加5%的MFC可使纸页的抗张强度和耐破指数分别提高了81.40%和47.41%,透气度下降约50%,不透明度稍有提高。