生物質納米纖維素及其自聚集氣凝膠的制備與結構性能研究.pdf

1、在可持續(xù)發(fā)展觀已成為全球性共識的環(huán)境背景下，合理開發(fā)利用生物質材料日漸受到關注。生物質材料是由納米纖維素所支撐的，將納米纖維素從生物質材料中分離出來，利用其高比表面積、高強度和低熱膨脹系數(shù)等特點，可開發(fā)出多種納米纖維素基制品，這些材料有望在今后人們生產和生活的諸多方面獲得應用。本論文集中闡述了生物質納米纖維素的制備、結構與性能特點及其制品的開發(fā)與利用。通過改變生物質材料的種類及其開纖方法，制備出了多種生物質納米纖維素，對其結構及性能進行

2、了詳細的表征和分析。隨后以納米纖維素氣凝膠為例，研究在制備納米纖維素基制品的過程中，納米纖維素的自聚集機理及其制品的結構和性能特點。本論文主要開展了以下工作:
　　(1)利用化學預處理結合高強度超聲方法制備木質納米纖維素，并系統(tǒng)研究納米纖維素在制備過程中的結構及性能演變，以及高強度超聲處理對納米纖維素的結構及性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)原料木粉為圓棒狀結構，而在綜纖維素中出現(xiàn)了源于導管的短而扁平的片狀結構和源于木纖維的細長中空棒狀結構?；?/p>

3、學純化纖維素也保持著細長的扁平片狀結構，但厚度更薄，且彼此間相互分離。最終制備的納米纖維素為細長的絲狀結構。隨著超聲處理時間和超聲波輸出功率的提高，純化纖維素的納米開纖化程度隨之提高。當超聲波輸出功率大于1000W，超聲時間為30min時，制備了均勻分散的納米纖維素水懸濁液。高強度超聲處理對納米纖維素的化學組分、聚集態(tài)結構及熱穩(wěn)定性等的影響不大。
　　(2)對比研究了基于不同種生物質材料、不同種機械開纖方法制得的納米纖維素的結構和

4、性能差異。從木材等相對“低”纖維素含量的生物質材料中，可以制得形態(tài)尺寸均勻的納米纖維素。但從麻纖維等相對“高”纖維素含量的生物質材料中，不易制得形態(tài)尺寸均勻的納米纖維素。采用高速攪拌處理、高強度超聲處理及高壓勻質處理，均可實現(xiàn)生物質化學純化纖維素的納米開纖化，其中以高壓勻質處理制得的納米纖維素水懸濁液最為穩(wěn)定。所制得的納米纖維素多以簇狀聚集體的形式存在。聚集體的長度大于13μm，寬度在30～250nm之間，其內部由平行排列的納米纖維素所

5、組成。
　　(3)利用冷凍干燥方法處理離心后的納米纖維素水懸濁液，制得了超長的纖維素納米纖維，并對納米纖維的結構與性能進行了表征。所制備的竹纖維素納米纖維的直徑為30～80nm，長度大于1mm，并保留了天然纖維素Ⅰ型結晶結構，結晶度值約為61.3％，熱降解溫度高于309℃。利用這一方法，也可從針葉樹材、闊葉樹材、麥秸及甘蔗渣等生物質材料中制備超長的纖維素納米纖維。
　　(4)通過對高強度超聲納米纖維素水懸濁液進行冷凍干燥處理

6、，制備了輕質、柔韌的氣凝膠，并對氣凝膠的微觀結構、密度和水分保持值等進行了表征。通過改變納米纖維素水懸濁液的濃度，可以將氣凝膠的三維多孔網狀纏結結構轉變?yōu)槎S片狀結構。在對高強度超聲納米纖維素水懸濁液進行離心處理后，冷凍干燥上清液，制得了密度為0.2×10-3 g/cm3的超低密度納米纖維素氣凝膠。
　　(5)分別采用四種開纖方法制備出四種具有不同形態(tài)與表面性能的納米纖維素，隨后冷凍干燥其水懸濁液，制得了輕質、自支撐的納米纖維素氣