纳米纤维素晶须的表面醋酸酯化改性及复合材料的力学性能

采用硫酸水解法制备纳米纤维素晶须, 再以冰醋酸为分散介质, 浓硫酸为催化剂, 醋酸酐为酯化剂对纳米纤维素晶须进行不同程度醋酸酯化改性, 得到醋酸酯化的纳米纤维素. 采用红外光谱(FTIR)、 X射线光衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对改性产物进行分析和表征. 结果表明, 改性纳米纤维素晶须中醋酸酯基的平均取代度过小或过大时均不适宜用作复合材料的增强相. 当改性纳米纤维素晶须中醋酸酯基的平均取代度为0.05时, 醋酸酯化反应只发生在纳米纤维素晶须的表面. 此时, 晶须能在丙酮中稳定悬浮, 表现出流动双折射现象, 并保持了改性前纳米纤维素晶须的棒状形态和高结晶度. 将这种改性后的纳米纤维素晶须作为增强相与醋酸纤维素通过溶液浇铸法制成纳米复合膜, 结果显示, 与空白醋酸纤维素膜相比, 添加改性纳米纤维素晶须后, 纳米复合膜的拉伸强度、 杨氏模量和断裂伸长率都得到了提高. 在玻璃化转变区间纳米复合膜储能模量的降低幅度小于空白膜.     

纳米纤维素晶须的表面改性及其在环氧树脂中的应用

以棉纤维素为原料,采用硫酸水解法制备了纳米纤维素晶须.以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散介质,二甲基氨基吡啶(DMAP)为催化剂,十二烯基琥珀酸酐为酯化剂对纳米纤维素晶须进行化学改性,得到了一系列取代程度不同的改性产物(记为DCNW).采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对DCNW的结构和性能进行了分析和表征.选择表面取代度为0.3的改性产物作为复合材料的增强相.该改性产物能在丙酮中均匀分散和稳定悬浮,并且保持了改性前纳米纤维素晶须的棒状形态和高结晶度.将其分散于环氧单体中,通过浇铸法制备了纳米复合材料,考察了改性纳米纤维素晶须添加量对纳米复合材料拉伸性能、动态力学性能及耐湿热性的影响规律.结果表明,与空白环氧树脂相比,添加了改性纳米纤维素晶须的纳米复合材料的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率都得到了提高.玻璃化转变温度、耐湿热性也得到了显著改善.其中,当改性纳米纤维素晶须的添加量为3.5%时,拉伸强度从纯环氧的39.85 MPa提高到72.33 MPa,增加了82%;杨氏模量增大了21%;断裂伸长率从纯环氧树脂的2.45%提高到7.29%,增加了198%;Tg值从纯环氧的103.4℃,提高到134.1℃;吸水率从1.9%下降到1.4%.     

纳米纤维素/聚3,4-乙撑二氧噻吩复合薄膜的制备及电致变色性能

以棉浆粕为原料,采用硫酸溶胀结合超声波处理的方法制备了纳米纤维素(NC).在纳米纤维素的水分散液中加入3,4-乙撑二氧噻吩单体,以过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学氧化法制得了纳米纤维素/聚3,4-乙撑二氧噻吩(NC/PEDOT)纳米复合物.对NC和NC/PEDOT复合物进行扫描电镜、透射电镜和红外光谱分析.将纳米复合物的水分散液滴涂在氧化铟锡(ITO)玻璃表面形成复合薄膜,考察不同纳米纤维素含量对NC/PEDOT复合薄膜电致变色性能的影响.结果表明,NC呈棒状,平均直径为20 nm,长度为100~300nm;NC/PEDOT复合物中PEDOT均匀包覆在NC表面形成核壳结构,平均直径为30 nm;复合薄膜中当NC含量为60%时,其电致变色性能最好,具有最高的对比度(24.4%),最短的响应时间(1 s),最高的着色效率(51.8 cm~2/C).     

原位聚合法制备聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石纳米复合材料及其结构表征

以新疆地产风化煤(weathered coal)为原料通过硝酸氧解工艺制备黄腐植酸(fulvic acid,FA),并对黄腐植酸进行季铵化改性,合成黄腐植酸季铵盐(quaternary fulvic acid,QFA).以皂石为原料通过超声波辐照法制备黄腐植酸季铵盐插层皂石(QFA-saponite).以丙交酯和QFA-saponite为原料,在辛酸亚锡催化作用下,制备了聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石(PLA/QFA-saponite)纳米复合材料.通过正交实验探讨了聚合时间、聚合温度、催化剂和QFA-saponite加量对PLA分子量的影响,其最优反应条件为反应12 h、辛酸亚锡加量3%、温度150℃、QFA-saponite加量为2%,该正交优化条件下合成的PLA/QFA-saponite纳米复合材料的重均分子量可达95300.红外光谱分析表明黄腐植酸中引入了季铵根离子.X-射线衍射(XRD)对QFA-saponite的分析表明,QFA-saponite呈现部分剥离与插层共存的状态,其层间距达到1.57 nm,比皂石层间距增大0.17nm.用XRD、示差扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、热重分析(TGA)等方法对复合材料进行结构表征.结果表明,PLA/QFA-saponite纳米复合材料具有剥离型结构,QFA-saponite有效改善复合材料的结晶性能和热稳定性.抗菌实验表明,黄腐植酸季铵盐插层皂石对大肠杆菌(Escherichia coli),枯草杆菌(Bacillus subtilis),黑曲霉菌(Aspergillus)及青霉(Penicillium)有较强的抑菌效果,同时聚乳酸/黄腐植酸季铵盐插层皂石纳米复合材料也有良好的抗菌性能.     

聚乳酸/壳聚糖季铵盐皂石纳米复合材料的原位插层聚合及性能表征

通过两步法将2,3-环氧丙基三甲基氯化铵接枝壳聚糖合成了水溶性壳聚糖季铵盐(HTCC),以其为插层剂对稀有的新疆皂石(Saponite)黏土矿物进行有机改性,制备了壳聚糖季铵盐皂石(HTCC-saponite),并以其为助剂,以丙交酯为单体,通过原位插层聚合法制备了聚乳酸(PLA)/HTCC-saponite纳米复合材料.最优化合成条件:聚合反应温度150℃,辛酸亚锡加量2%(质量分数),HTCC-saponite加量1%(质量分数)、聚合反应时间16 h.微观结构分析表明HTCC-saponite具有插层与剥离共存的结构.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TG-DTG)和差示扫描量热仪(DSC)等对PLA/HTCC-saponite纳米复合材料的微观结构、形貌及热稳定性进行了表征和分析.结果表明,HTCC-saponite有效改善了PLA的结晶性能,提高PLA的热稳定性.抗菌测试结果表明,HTCC-saponite具有良好的抗菌性,并赋予PLA/HTCC-saponite复合材料较强的抑菌能力.     

纳米微晶纤维素表面改性研究

分别对纳米微晶纤维素(NCC)的表面进行醋酸酯化、羟乙基化和羟丙基化改性,利用FT-IR、TEM、13C-NMR、TGA对改性产物进行表征,研究不同的表面改性方法对纳米微晶纤维素性能的影响.结果表明,利用这几种方法改性后的NCC,经干燥后都可以重新分散在适当的溶剂中,且颗粒粒径没有明显变化,但不同改性产物的热性能有所差异.     

液相剪切原位剥离蒙脱土纳米片增强高阻氧聚乳酸

提出了液相剪切剥离蒙脱土(MMT)制备寡层纳米片(MNSs)并将其原位引入PLA基体的方法, 可经简单的刮刀涂覆法(Blade coating)制备MNSs质量分数为2%, 5%和10%的PLA基纳米复合薄膜. 该技术路线赋予了MNSs在PLA基体中充分剥离(片层间距可达3.11 nm)和良好取向排列以及较强的界面相互作用. 这些结构特征使得纳米复合薄膜的结晶度和力学性能得到大幅提升, 同时显著降低了氧气渗透系数. 本文不仅提出了可规模化原位剥离二维纳米片的有效方法, 更为制备高强高阻隔全降解复合材料及其结构-性能关系研究提供了思路.     

聚乳酸/壳聚糖纳米纤维结构形成的影响条件及其生物矿化活性

以二氧六环/冰醋酸为溶剂体系,采用相分离法制备了聚乳酸(PLA)/壳聚糖(CS)复合纳米纤维结构的组织工程支架,探讨了不同CS含量、不同凝胶温度及不同分子量对PLA/CS复合支架纳米纤维结构的影响以及支架的生物活性。结果表明,凝胶温度对PLA/CS复合材料的纳米纤维结构影响较大,且随着温度的降低,结构的微观尺寸也逐渐增大,从纳米级上升到普通的尺寸结构;CS含量对PLA/CS复合支架的基体结构影响不大;实验范围内PLA分子量对PLA/CS复合支架的纳米纤维结构有重要影响:分子量大的样品,较易得到PLA/CS复合纳米纤维结构的材料,而分子量小的样品则不能得到纳米纤维结构。另外,生物矿化实验表明CS的添加有利于PLA/CS复合材料生物活性的提高。     

具有抗菌性能的载药复合微纳米纤维的制备及其结构和性能表征

利用静电纺丝技术制备了一种具有抗菌性能的氧化锌(ZnO)/聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)载药微纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对复合膜的表面形态、元素组成和化学结构进行表征。通过抗菌实验评价了复合膜的抗菌性能,用紫外分光光度计测试复合膜在体外的药物释放行为。结果显示,以物理共混的方式将ZnO和氢溴酸高乌甲素(LAH)成功载入复合微纳米纤维;与PLA/PCL复合微纳米纤维膜相比,ZnO/PLA/PCL复合微纳米纤维膜表现出更好的抗菌效率。当ZnO含量为10%(wt)时,复合微纳米纤维膜具有最佳的抗菌性能;药物释放性能结果表明,ZnO/PLA/PCL复合微纳米纤维膜具有良好的药物缓释性能。     

聚乳酸/氧化锌柱撑皂石纳米复合材料制备与性能及结构表征

通过微波水解法制备了ZnO柱撑皂石,并以其为加工助剂制备了聚乳酸(PLA)/ZnO柱撑皂石纳米复合材料.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、对ZnO柱撑皂石及PLA/ZnO柱撑皂石纳米复合材料的结构进行了表征,并对其力学性能和热稳定性能进行了测试.微观结构分析表明,ZnO柱撑皂石呈现剥离状,并均匀分散在PLA基质中.力学性能研究表明0.3%ZnO柱撑皂石的加入有助于改善PLA复合材料的断裂伸长率.SEM分析表明PLA复合材料的断面发生明显改变,表现良好韧性;DSC结果显示纳米ZnO柱撑皂石可以降低复合材料的玻璃化转变温度、结晶温度,有助于提高PLA复合材料的结晶度,与XRD分析相吻合;热重分析表明ZnO柱撑皂石可以提高PLA复合材料的热稳定性.测试结果表明,ZnO柱撑皂石在PLA基质中起到了异相成核的作用,促进了PLA基质的结晶.     

柞蚕丝素／纳米TiO2复合膜的制备及其结构表征

为了获得良好性能的柞蚕丝素复合膜,本文采用复合法制备了不同配比柞蚕丝素/纳米TiO2复合膜,并与纯的丝素膜作了比较,用SEM、DSC、TG和IR进行了表征.SEM测试表明在分散剂聚乙烯醇作用下,适量的纳米TiO2能均匀分散丝素溶液中.DSC测试表明复合膜b、c和d的Tm均高于纯的柞蚕丝素膜a的Tm,然而随着纳米TiO2加入量的继续增加,对应复合膜的Tm有所降低.TG结果表明,随着纳米TiO2加入量的增加,复合膜的热稳定性得到提高.IR测试表明丝素复合膜的结晶结构从Silk I向SilkII转化.     

聚乙烯醇/半纤维素/纤维素纳米晶复合膜的制备和性能

通过碱解醇沉法从玉米芯中提取半纤维素,进而采用溶液共混流延法制备出不同比例的聚乙烯醇(PVA)/半纤维素共混膜,在此基础上加入通过硫酸水解脱脂棉制备的纤维素纳米晶(NCC),制备了NCC增强的复合膜.DSC、TGA、FTIR、SEM和薄膜拉伸等研究表明,复合膜的各组分间形成了氢键作用,相容性良好.在PVA/半纤维素共混膜中,半纤维素的加入大幅度提高了复合膜的断裂伸长率:当PVA与半纤维素质量比为3∶1时,复合膜的断裂伸长率高达380%,比纯PVA的140%增加了1.7倍,而拉伸强度仍能保持在较高的水平;纤维素纳米晶的加入,还可改善复合膜的韧性;半纤维素对PVA组分的结晶性能产生了影响,而刚性结构的NCC则对PVA的结晶起抑制作用.此外半纤维素和NCC的引入也提高了复合膜的热性能,使第二阶段分解速率峰的温度提高了约50℃.     

环氧化淀粉基核壳纳米粒子增韧聚乳酸的研究

通过酰氯接枝反应在淀粉大分子链上引入长烷基链和碳碳双键,使淀粉具有自乳化性能并增加反应位点,采用无皂乳液聚合将丙烯酸乙酯(EA)与酯化改性淀粉接枝共聚制备以淀粉为核的核壳粒子,即核壳粒子为硬核软壳的结构,通过添加甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)进一步制备环氧化核壳粒子.将环氧化核壳粒子与聚乳酸(PLA)进行熔融共混改性,研究不同环氧化程度的核壳粒子对PLA性能的影响.结果表明,环氧化淀粉核壳粒子粒径约250 nm,与PLA共混改性后,环氧化核壳粒子能够明显提高PLA的韧性,而且其拉伸强度维持在较高水平,共混物缺口冲击强度提高至纯PLA的17倍.进一步研究表明环氧官能团的引入提高了核壳粒子与PLA的相容性同时增加了界面相互作用.     

环氧树脂/硅基-纳米SiO_2涂层的制备及防腐蚀性能

采用硅氢加成反应制备了2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷(ETEO),用ETEO对纳米SiO_2进行表面接枝得到新型硅基纳米SiO_2(ETEO-SiO_2),并制备环氧树脂/ETEO-SiO_2复合涂层.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氢核磁共振谱(~1H NMR)与X射线光电子能谱分析(XPS)对ETEO和ETEO-SiO_2进行了表征.场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察到ETEO-SiO_2涂层横截面粗糙,ETEO-SiO_2具有良好分散性.接触角分析表明ETEO-SiO_2涂层疏水性提高.利用电化学阻抗实验与盐雾实验研究了复合涂层的防腐蚀性能,结果表明,添加ETEO-SiO_2纳米粒子后涂层的防腐蚀性能远优于纯环氧树脂和纳米SiO_2复合环氧树脂涂层,当ETEO-SiO_2纳米粒子添加量达到4%(质量分数)时,防腐蚀性能最佳.纳米SiO_2表面接枝ETEO后,ETEOSiO_2纳米粒子与环氧树脂基体之间的相容性增加,分散稳定性提高,涂层更加致密,减少了腐蚀介质所需的扩散通道并抑制腐蚀反应过程的进行,提高了复合涂层的防腐蚀性能.     

有机硅改性聚氨酯/纳米SiO2复合超疏水涂层的制备

以4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、羟基封端的聚二甲基硅氧烷(HO-PDMS)、1,4-丁二醇(BDO)为原料,合成了有机硅改性的聚氨酯溶液,通过核磁共振、红外光谱技术对其结构进行表征,并研究了羟基硅油加入量对聚氨酯热稳定性、疏水性的影响.以有机硅改性的聚氨酯溶液为基体、含氟硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒为填料,喷涂制备超疏水涂层,研究了填料添加量对复合涂层疏水性的影响.结果表明:当硅油加入量为9 wt%,填料加入量为60 wt%时,复合涂层性能最优,水接触角为153.3°,滞后角为6.3°.经过200℃加热1 h后,仍然具有大于150°的水接触角.对复合涂层进行磨损实验与防冰测试,结果表明:该复合涂层在磨损过程中,在基底暴露之前,整个涂层基体都具有超疏水性;并且该涂层能有效降低结冰温度,延长结冰时间,具有良好的防冰性能.     

SPES/SiO_2杂化纳米纤维复合质子交换膜的制备与性能

提出了一种利用杂化纳米纤维来制备高性能质子交换膜的方法,首先采用溶液喷射纺丝技术纺制了SPES/Si O2杂化纳米纤维,再通过溶液浸渍法制备了SPES/Si O2/Nafion复合质子交换膜,并研究了其热稳定性、吸水性能、溶胀性能、质子传导性能以及甲醇渗透性能等.结果表明,杂化纳米纤维的引入明显改善了Nafion膜的热性能、尺寸稳定性,并大大提高了其质子传导性能.TG数据表明复合膜的热稳定性相比于Nafion膜得到了极大改善.复合膜溶胀率均比Nafion膜的小,SPES/Si O2/Nafion-5,SPES/Si O2/Nafion-15和SPES/Si O2/Nafion-25在80℃溶胀率仅为14.9%,15.84%和17.2%,但是复合膜的溶胀率随着Si O2含量的增加而增大.复合膜电导率随Si O2含量的增加呈先增大后减小的规律,Si O2含量为15%的复合膜在80℃、100%湿度条件下,质子导电率可达到0.154 S/cm.其阻醇性能也得到了极大改善,Si O2含量为25%的复合膜相比于Nafion膜其甲醇渗透率降低了55.3%.因此SPES/Si O2杂化纳米纤维复合质子交换膜可以作为一种新型质子交换膜应用于燃料电池中.     

Zn/Al层状双氢氧化物-聚氯乙烯纳米复合物的制备与性能

用共沉淀法制备油酸钾改性的Zn2+、Al 3+层状双氢氧化物(Zn/Al-LDH),以环己酮为溶剂,用溶液插层法制备了Zn/Al层状双氢氧化物-聚氯乙烯(PVC)纳米复合物。采用傅里叶红外(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对复合材料的结构及形貌进行了表征,并用热分析仪、万能试验机和紫外分光光度计研究了复合物的热稳定性能、拉伸性能和紫外吸收性能。结果表明:Zn/Al-LDH纳米片层无序分散在PVC基体中;Zn/Al-LDH对PVC低温时的骨干脱氯化氢有促进作用;与PVC膜相比,复合膜的分解温度降低,高温碳化温度升高,复合膜的拉伸强度及断裂伸长率得到提高,在300~380nm具有一定的紫外吸收性能。     

改性羟基磷灰石/聚乳酸纳米复合材料的结晶行为

利用溶剂复合的方法制备了具有良好生物相容性的表面接枝聚(γ-苄基-L-谷氨酸)的改性羟基磷灰石/聚乳酸纳米复合材料, 并研究了其熔融与结晶行为. 结果表明, 聚乳酸的玻璃化转变温度为60.3 ℃, 而复合材料的玻璃化转变温度达到65.8 ℃, 不同样品在140 ℃等温结晶后, 改性羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的球晶直径仅为聚乳酸(PLLA)球晶直径的16.7%~66.7%. 复合材料的熔点提高到184.4 ℃.     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究北大核心CSCD

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。