有机蒙脱土改性脲醛树脂的结构与纳米力学研究

蒙脱土(MMT)作为一种天然矿物质,在树脂胶粘剂的增强改性方面应用前景广阔。为了探明蒙脱土增强作用机理,本文采用有机蒙脱土改性脲醛树脂,利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)分析蒙脱土和改性树脂的化学和晶体结构;并制造木质复合材料,采用纳米压痕技术(NI)比较研究复合材料界面区域树脂的纳米力学性能,测定复合材料的宏观胶合强度。FTIR和XRD分析表明,经十六烷基三甲基溴化铵分析纯(CTAB)改性后的蒙脱土在2 929和2 855 cm-1附近出现新的吸收峰,蒙脱土原土中的金属阳离子和有机阳离子实现有效交换,其(001)面强衍射峰向小角度移动,蒙脱土原土纳米片层的间距从1.51 nm增加至2.71 nm,有助于蒙脱土均匀分散于树脂体系中,并与体系中聚合物分子基团发生化学反应。蒙脱土片层的物理填充、化学反应形成的弹性体结构使得胶粘剂在加载过程中可以有效地分散应力,从而有利于提高脲醛树脂的力学性能,有机蒙脱土改性脲醛树脂的微观弹性模量和硬度分别增加了66.9%和24.2%。改性后树脂的耐水性能得到明显改善,木质复合材料的湿胶合强度增加了约97%。     

浸渍过程对纳米纤维素/二氧化硅复合气凝胶结构与性能研究

纳米纤维素(CNF)气凝胶兼具传统气凝胶的优异特性和自身优良的生物相容性和可降解性,在很多领域应用前景广阔。然而纤维素自身的超亲水性严重限制了其更广泛的应用,为改善纤维素气凝胶的亲水性能,提高其综合应用性能,采用简单浸渍法在纤维素气凝胶基体中引入二氧化硅(SiO₂)颗粒制备纳米纤维素/二氧化硅复合气凝胶,利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析纤维素气凝胶和复合气凝胶的化学结构;用扫描电镜(SEM)观察气凝胶的微观结构;测定气凝胶的物理、力学性能和接触角。结果表明,复合气凝胶在3 340 cm-1处-OH吸收峰较纤维素气凝胶均有所减弱,表明SiO₂的引入促使Si-OH形成,也降低了气凝胶的亲水性,同时有Si-CH₃和Si-O-Si吸收振动峰出现,表明三甲基氯硅烷(TMCS)的改性作用以及纤维素与SiO₂颗粒之间形成稳定化学键连接。浸渍时间影响硅含量,进而影响气凝胶的密度、比表面积和孔隙率。当浸渍时间为10 min时制备的复合气凝胶性能较好,其微观结构分布均匀,具有疏水性能,接触角可达152°,同时气凝胶仍具有较好的力学性能和较低密度,其压缩模量和压缩性能分别为5.91和1.38 MPa,密度为0.1 g·cm-3。     

抗降解屏障差异的杂交杨木萃取分离的FTIR光谱研究

植物细胞壁复杂的化学物理结构形成生物质抗降解屏障,严重阻碍了生物质材料的转化利用。本研究选用三种不同抗降解特性的自然变异杂交杨木,采用复合溶剂体系对原料木质素、半纤维素和纤维素进行萃取分离。利用FTIR和XRD表征样品萃取分离前后微观结构的变化。结果显示,2 910, 1 420, 1 100, 1 030以及900 cm^-1的吸收峰为纤维素的特征峰;这些特征峰在低抗降解性样品中强度变化高于抗降解性高的样品谱图;抗降解程度低的原料萃取分离效率高、纤维素固体得率高,其萃取处理后所得纤维素结晶度最高,达到84.5%,而HR-Factionation的木质素去除率和纤维素结晶度最低,仅为77.6%和81.3%。研究结果表明,在萃取分离过程中,原料抗降解性与木质素去除率成正比,与纤维素的结晶度和可消化率成反比。