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纤维素纳米纤丝的制备

编辑:转载   文章来源:威尼人登录网址   时间:2018-07-05

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素在自然界中以纳米纤维素的形存在。固态下的纤维素存在五种结晶变体(纤维素I,II,III,IV和X),其中纤维素II是最稳定的纤维素。迄今为止,关于纳米纤维素的研究基本上集中于纤维素I型,很少发现有制备不同结晶结构的纳米纤丝的研究。

纤维素I纳米纤丝(CNF-I)的制备:首先利用化学法脱除木粉中的基体物质,再用一次研磨法制备纳米纤丝,结果表明经过超细砂磨机的剪切细化作用,可得到高长径比的纳米纤丝,直径分布在15nm左右,长度为几微米。将所得纳米纤丝过滤成膜干燥后,经拉伸测定,纳米纤丝膜呈现出超高强度,拉伸强度高达210MPa,拉伸模量高达11.8GPa,断裂伸长率为7.5%;热膨胀系数仅为9ppm/K。 

纤维素II纳米纤丝(CNF-II)的制备:以木粉为原料经化学机械处理方法制备了高纯度(92%)且直径分布在15-40nm的纤维素II型纳米纤丝(CNF-II),并与纤维素I型纳米纤丝(CNF-I)进行比较。首先,木粉经脱木素,脱大部分半纤维素处理得到纯度约为85%的纤维素,大家称之为纤维素I;再将该纤维素I经浓度为17.5wt%的碱液丝光处理得到高纯度(95%)的纤维素II;最后将该纤维素II经机械纳米化处理得到CNF-II。

X射线衍射(XRD)分析表明纤维素I经碱液丝光处理后晶型发生了转化,由纤维素I型转化为纤维素II型,纤维素II经机械纳米化处理后晶型未发生改变。所得CNF-II呈现出高纯度(92%),高韧性(弹性模量8.6GPa,高断裂伸长率13.6%),低热膨胀系数(15.9ppm/K)以及良好的热稳定性。热重分析表明CNF-II比CNF-I具有更高的热稳定性,这可能是纤维素-II结晶结构中氢键结合更强,以及CNF-II的纯度更高的缘故。

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