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
纤维素纳米晶对聚酯发泡及力学性能的影响
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利用纳米材料增强的纤维增强复合材料的力学性能研究
利用纳米材料增强的纤维增强复合材料的力学性能研究近年来，纤维增强复合材料在航空航天、汽车工业等领域得到了广泛应用。
然而，与传统复合材料相比，这些材料的力学性能仍然存在一定的局限性。
为了克服这些限制，研究人员们开始探索利用纳米材料来增强纤维增强复合材料的力学性能。
纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有较高的比表面积和比强度，使其可以显著提高纤维增强复合材料的机械性能。
一种常见的纳米材料是碳纳米管（CNTs）。
CNTs是由碳原子形成的管状结构，具有优异的力学强度和热导性能。
通过将CNTs添加到纤维增强复合材料中，可以有效增强材料的抗拉强度和刚度。
研究表明，CNTs与复合材料中的纤维之间的力学耦合效应是增强效果的关键。
在材料制备过程中，需要确保CNTs与纤维充分接触，并且在复合材料中均匀分散。
通过合理的掺杂比例和加工方法，可以提高CNTs与纤维之间的粘结强度，从而进一步增强纤维增强复合材料的力学性能。
此外，研究人员还发现其他纳米材料也可以用于增强纤维增强复合材料的力学性能。
例如，纳米颗粒（例如纳米氧化铝、纳米银等），可以用于增加复合材料的硬度和耐磨性。
纳米纤维（例如纳米纤维素、纳米蛋白质等），可以用于改善复合材料的抗击穿能力和能量吸收性能。
通过将这些纳米材料与纤维增强复合材料结合，可以实现性能的综合提高。
然而，在纳米材料增强的纤维增强复合材料中，也存在一些挑战。
首先，纳米材料的制备和加工相对复杂，需要严格控制处理参数和工艺条件。
其次，纳米材料的价格相对较高，会增加复合材料的制造成本。
此外，纳米材料与复合材料的界面相互作用复杂，需要进一步研究和优化。
克服这些挑战，提高纳米材料增强纤维增强复合材料的可靠性和实用性是未来的发展方向。
总体而言，纳米材料增强的纤维增强复合材料具有巨大的发展潜力。
通过合理设计和制备纳米材料加强体系，可以显著提高复合材料的力学性能。
在未来的研究中，我们应该进一步深入探索纳米材料与纤维增强复合材料之间的相互作用机制，并加强对制备工艺和性能评估方法的研究，以实现纳米材料增强的纤维增强复合材料的工业化应用。
纤维素纳米晶体增强生物塑料复合材料的研究进展
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纳米纤维素改性及其应用研究进展
纳米纤维素改性及其应用研究进展随着科技的不断发展，纳米技术已经成为了现代科学的一个热门领域。
纳米纤维素是其中重要的研究方向之一。
纳米纤维素由许多小的纤维素晶胞合并而成，因其具有生物可降解、生物相容性高等特点，被广泛应用于药物传递、纸张生产、能源材料等领域。
同时，通过对纳米纤维素的改性可以提高其性能，拓展其应用范围，因此，纳米纤维素的改性及其应用研究成为了当前的研究热点。
一、纳米纤维素的性质与特点纳米纤维素是以纤维素为主要成分的一种生物可降解材料，其具有以下几个特点：1.生物可降解性纳米纤维素是一种天然材料，可分解为二氧化碳和水，不会对环境造成污染。
2.生物相容性由于纳米纤维素是天然材料，与生物体相容性极高，不会对生物体造成损害。
3.高比表面积纳米纤维素的比表面积很大，在材料科学和生物医学领域有很多应用。
4.具有高度的透明度纳米纤维素是非常透明的，适合制造透明材料。
二、纳米纤维素的改性方法纳米纤维素作为一种新型材料，其性能还需要通过改性方式来提高，让其更好地应用于不同领域。
目前常见的纳米纤维素改性方法有以下几种：1.化学改性化学方法是目前最常用的改性方法之一。
通过改变纳米纤维素表面的化学结构，增强其化学活性，提高纳米纤维素与其他物质的相容性。
2.物理改性物理方法通常是改变纳米纤维素的结构或物理性质，从而达到提高其性能的目的。
如超声波处理、高温处理等。
3.生物改性生物改性是通过微生物、生物酶等生物体介入作用于纳米纤维素上，改变其原有性质，提高其生物相容性和生物可降解性等。
三、纳米纤维素的应用研究进展现阶段，纳米纤维素在许多领域得到了广泛的应用。
其中，主要有以下几个领域：1.药物传递领域纳米纤维素的生物可降解、生物相容性高等特性使其在药物传递领域得到了广泛的应用。
纳米纤维素结构具有一定的孔隙度和可溶性，可被用于药物的吸附和释放等。
2.纸张生产领域纳米纤维素在纸张生产中的应用也得到了广泛的关注。
其强度和超白度的特点使其能够代替部分化学浆制作高质量的印刷纸和包装纸。
纳米纤维素材料的特征与应用综述
纳米纤维素材料的特征与应用综述摘要纤维素是最丰富的天然高分子，因其具有可再生可降解的特性被受到广泛关注，由于尺寸效应，纳米纤维素具有多种特殊的物理化学性质。
本文旨在对纳米纤维素的分类和应用等方面进行综述。
关键词：纳米纤维素；静电纺丝；酸水解；纳米复合材料目前，由于使用常规的石油基聚合物产品已经产生了生态威胁，如全球气候变暖和塑料污染等，因此，可再生和可生物降解材料正受到科学界和工业界的广泛关注。
纤维素主要由植物的光合作用合成，是最丰富的天然聚合物，并已经被用于为这些问题提出合理的解决方案。
纳米纤维素是指有一维尺寸小于或等于100 nm的不同类型的纤维素纳米材料，具有高比表面积、高强度、轻质、价格低廉、良好的生物相容性和超精细结构等优点。
纳米纤维素的种类有很多，按照晶型可以分成四种：纤维素Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ型[1]。
纤维素Ⅰ又叫原生纤维素，它在自然界中形成具有Ⅰα和Ⅰβ两个同质异晶体。
纤维素Ⅱ又称再生纤维素，它是再塑晶体或者经过氢氧化钠碱化后出现的晶体，具有最稳定的晶体结构。
按照提取方法可将纳米纤维素分为微纤化纤维素（MFC）和纳米纤维素晶体（CNC），微纤化纤维素是以机械方式制备得到的纳米纤维素，而纳米纤维素晶体是通过酸水解或酶解的方法得到的。
纳米纤维素超分子以其形貌划分，主要包括纳米纤维素晶体和纳米纤维素复合物。
强酸水解细菌、植物、动物纤维素和微晶纤维素可制备纳米纤维素晶体（晶须），这种晶体长度为10 nm – 1 μm，而横截面尺寸有 5 nm - 20 nm，长度与横截面尺寸的比为1-100，比表面积约为150 m2/g；将纤维素与复合的另一材料混合，加入适宜的纤维素化学溶剂，通过溶剂浇铸后真空或者常压下挥发掉溶剂、冷冻干燥、热压法或者挤压法可获得在一维尺寸上为1-100 nm 的纤维素的复合物。
纳米纤维素的制备方法包括机械法、化学法、酶催化法和静电纺丝法[2]。
通过以上方法制备的最为典型的纳米纤维素有纤维素纳米纤维（CNF S）、纤维素纳米晶体（CNC S）和细菌纤维素（BNC）。
纳米微晶纤维素的制备、改性及其增强复合材料性能的研究
纳米微晶纤维素的制备、改性及其增强复合材料性能的研究一、本文概述随着纳米科技的快速发展，纳米材料在各个领域的应用日益广泛。
纳米微晶纤维素（Nanocrystalline Cellulose, NCC）作为一种新兴的纳米材料，因其独特的物理和化学性质，在增强复合材料性能方面具有巨大的潜力。
本文旨在探讨纳米微晶纤维素的制备技术、改性方法，以及其在增强复合材料性能方面的应用。
我们将详细介绍纳米微晶纤维素的制备过程，包括原料选择、预处理、酸解条件优化等关键步骤，并分析影响制备效果的主要因素。
随后，我们将探讨纳米微晶纤维素的改性方法，如表面修饰、复合改性等，以提高其在复合材料中的相容性和性能。
在此基础上，本文将重点研究纳米微晶纤维素增强复合材料的性能。
我们将通过对比实验，分析纳米微晶纤维素在复合材料中的分散性、界面结合强度、力学性能等关键指标，探讨其对复合材料性能的影响机制。
我们还将考察纳米微晶纤维素在不同复合材料体系中的应用效果，为其在实际工程中的应用提供理论支持。
本文的研究不仅有助于深入理解纳米微晶纤维素的制备与改性技术，还将为开发高性能复合材料提供新的思路和方法。
我们期望通过本文的研究，为纳米微晶纤维素在复合材料领域的广泛应用奠定坚实基础。
二、纳米微晶纤维素的制备纳米微晶纤维素（Nanocrystalline Cellulose, NCC）的制备主要涉及到纤维素原料的选择、预处理、酸水解和纯化等步骤。
以下是详细的制备过程：选择纤维素含量丰富且结晶度高的植物纤维作为原料，如棉花、木材等。
这些原料经过破碎、研磨等预处理后，得到一定粒度的纤维素粉末。
接着，将纤维素粉末与适量的浓酸（如硫酸）混合，并在一定的温度下进行酸水解。
酸水解过程中，纤维素分子链在酸的作用下断裂，生成较小的纤维素分子片段。
水解的时间和温度会影响最终产物的粒度和结晶度。
水解完成后，需要通过离心、洗涤等步骤去除剩余的酸和水解产物中的杂质。
然后，将得到的悬浮液进行透析，以进一步去除小分子杂质。
纳米微晶纤维素聚合物的研究现状及应用前景_计红果
第38卷第2期2013年6月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 38 No. 2Jun. 2013文章编号：1009-220X(2013)02-0065-07纳米微晶纤维素聚合物的研究现状及应用前景计红果（广州中科检测技术服务有限公司，广东广州510650；中国科学院广州化学研究所分析测试中心，广东广州510650）摘要：纳米微晶纤维素（NCC）具有广泛的兼容性和独特的物理尺寸效应，通过硫酸化、氧化、阳离子化、接枝和甲硅烷基化等化学改性可获得NCC聚合物，并赋予其独特的光学性质、流变性能和机械性能。
NCC及其复合材料可应用于生物医药、航天航空、军事、建筑、造纸等领域。
文章综述了NCC聚合物的研究进展及应用前景。
关键词：纳米微晶纤维素；化学聚合；表面改性中图分类号：O636.11 文献标识码：A地球上每年生长的植物纤维素高达数亿吨，超过了现有石油总储量。
但根据科学家估计，地球上大量植物纤维远远没有得到充分利用，有很大部分作为燃料烧掉或腐烂掉。
据报道由环境污染和生态破坏造成的损失已占到GDP总值的15%，这意味着一边是9%的经济增长，一边是15%的损失率。
在人类社会面临能源危机、环境污染等诸多问题时，植物生物质资源作为地球上分布广泛、来源丰富的可再生绿色资源符合可持续发展战略，具有巨大的开发利用潜力，受到全世界普遍的重视，并已成为新能源、新材料的发展利用方向之一。
目前，生物质能仅次于石油、煤炭及天然气居第4位，在世界能源消耗总量中占14%，相当于12.57亿吨石油。
植物生物质主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，一般通过分离来分别利用这些组分。
纤维素分子中存在晶区与非晶区的两相结构，溶解性差，能溶解纤维素的溶剂很少，且溶解条件苛刻，使其应用受到了极大限制。
纳米微晶纤维素（NCC）具有类似于晶须的特性，可由纤维素的微晶化制得，由于具有纳米微粒的特性，因此与普通纤维素有很大区别。
NCC的粒径极小，比表面积很大，可以长期稳定地分散在溶剂体系形成准胶体分散体系或胶体分散体系，在水体系中分散可以形成稳定的、均匀的NCC胶体，因此，纳米微晶纤维素具有一些特有的光学性质、流变性能和机械性能。
纳米纤维素疏水改性的研究进展
吸附改性是选择具有疏水基团的大分子物质作为吸附剂,使其与纳米纤维素( NC) 表面的羟基产生 键合而降低 NC 亲水性并赋予其特定功能,属于物理改性方法[7] 。 1. 1 聚合物改性
吸附聚合物改性是指选择含有亲水性固定块和疏水性分散块的二嵌段共聚物,将其吸附在纳米纤 维素表面以达到疏水改性的目的。 Sakakibara 等[8] 将聚( 甲基丙烯酸月桂酯) -嵌段-聚( 甲基丙烯酸 2羟乙酯) ( PLMA-b-PHEMA) 和纤维素纳米纤维( CNF) 混合,以乙醇为分散剂进行改性,反应原理如图 1 所示。 得 到 的 复 合 材 料 疏 水 性 明 显 改 善, 且 机 械 强 度、 杨 氏 模 量 高、 抗 张 强 度 也 明 显 提 高。 Lozhechnikova 等[9] 先将亲水性的半乳葡甘露聚糖( GGM) 和疏水的脂肪酸及聚二甲基硅氧烷( PDMS) 合成共聚物 GGM-b-PDMS,再将该共聚物吸附在 CNF 表面以赋予疏水性,共聚物的吸附会减少 CNF 的 聚集,有助于在非极性溶剂中更好地分布。 Kontturi 等[10] 发现非质子溶剂吸附疏水性聚合物也可赋予 NC 疏水性,因此选用四氢呋喃( THF) 、庚烯、甲苯等作为非质子溶剂,聚苯乙烯( PS) 、聚三氟乙烯( PF3 E) 为疏水性聚合物,溶剂和浓度的不同对吸附后的纤维素水接触角产生不同影响,其中,当 PF3 E 在 THF / 甲苯中的覆盖率超过 50% 时,疏水性最好。
纳米纤维素( NC) 的直径在 100 nm 以下,根据制备方法的差异可分为纤维素纳米晶体( CNC) 、 细菌纳米纤维素( BNC) 以及纤维素纳米纤维( CNF) [1] 。 NC 不但保持了纤维素的高强度、高弹性模 量、低密度、高结晶度、高亲水性等基本特点,还具有纳米材料的结构特点,例如高长宽比、高比表面 积等[2] 。 NC 因其优异的性能得到广泛关注,可以利用其制备具有特定功能的复合材料,如可降解的 食品包装材料或抗菌的药物包装[3] ,在造纸、包装、食品工业、高分子材料等领域具有广阔应用前景。 但由于 NC 中存在大量的亲水性游离羟基,导致粒子间通过范德华力、氢键等作用发生团聚,使以 NC 为基材的复合材料不均匀且容易吸收环境中的水分,从而降低材料的力学强度[4] ,这极大地限制了 NC 的应用。 目前,对 NC 进行疏水改性,有效阻隔水分吸收是高分子材料和纤维素科学领域的研究 重点。 2,2,6,6-四 甲 基 哌 啶 氧 自 由 基 ( TEMPO ) 氧 化 法 是 纤 维 素 改 性 中 常 用 的 预 处 理 手 段[5] , TEMPO / NaBr / NaClO 氧化体系可以将 NC 中 C6 位上的伯羟基氧化成羧酸盐基团,得到氧化纳米纤维
剑麻纤维素纳米晶须的制备和表征
剑麻纤维素纳米晶须的制备和表征1. 引言1.1 背景介绍剑麻纤维素纳米晶须是一种具有重要应用潜力的纳米材料，其制备和表征在材料科学领域备受关注。
剑麻是一种天然植物纤维，具有高强度、低密度和良好的生物降解性等优点，被广泛应用于纺织、建筑和医药等领域。
传统剑麻纤维的力学性能和稳定性还存在一定的局限性，因此开发一种能够弥补其不足的新型材料具有重要意义。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探究剑麻纤维素纳米晶须的制备和表征方法，进一步了解其在材料领域的应用潜力以及未来发展方向。
通过对剑麻纤维素纳米晶须的性能分析，可以评估其在材料领域中的优势和局限性，为未来的研究和开发提供参考依据。
通过本研究的开展，可以为相关领域的科研人员和工程师提供具体的制备和表征方法，推动剑麻纤维素纳米晶须在材料领域的应用和发展。
研究目的在于全面了解剑麻纤维素纳米晶须的特性和潜力，为其在材料科学领域中的应用打下基础，并为其未来的进一步研究提供指导和方向。
1.3 意义剑麻纤维素纳米晶须的制备方法的研究可以为制备高性能纳米材料提供新思路和技术支持。
通过探索不同的制备方法，可以实现对纳米晶须的精确控制和调控，从而提高材料的性能和应用效果。
剑麻纤维素纳米晶须的表征方法的研究可以为深入了解其结构和性质提供必要的手段和技术支持。
通过实验和分析，可以揭示其微观结构和物理化学性质，为进一步应用于材料领域提供科学依据和参考。
剑麻纤维素纳米晶须的研究具有重要的意义，可以推动纳米材料领域的发展，拓展其应用领域，促进科技创新和产业发展。
通过深入研究和探索，剑麻纤维素纳米晶须将为材料领域的发展带来新的机遇和挑战，具有广阔的发展前景。
2. 正文2.1 剑麻纤维素纳米晶须的制备方法1. 剑麻纤维素提取：从剑麻植物中提取纤维素，可以采用化学法、生物法或生物化学法等方法进行提取，以获得纯净的纤维素材料。
2. 纤维素纳米晶的制备：将提取得到的纤维素溶解在适当的溶剂中，经过一定的处理（如机械剪切、酸碱调节、超声波处理等），使纤维素分子在溶液中重新排列并形成纳米晶结构。
纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用论文
纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用论文纳米纤维素包含纳米纤维素晶体、纳米纤维素纤维和细菌纳米纤维素 3 种类型。
由于其具有高强度、大比外表积、高透明性等优良性能，成为目前纳米材料领域研究的热点。
本文综述了近年来国内外纳米纤维素的主要制备方法，并对纳米纤维素在复合材料领域中的应用研究进展了总结。
纳米纤维素；制备；纳米复合材料；应用。
Abstract: There are three types of nano cellulose: nano crystalline cellulose,nano cellulose fiber and bacterial nano cellulose. Due to itshigh strength,high specific surface area,high transparency and other excellent properties,nano cellulose bees one of the hotspots in ma-terial research field. This paper reviewed the recent progress in its preparation methods,and its application in the field of posite materi-als.Key words: nano cellulose; preparation; nano posite materials; application.纤维素（ Cellulose）是一种天然高分子化合物，已经成为人类社会不可或缺的重要资源。
纤维素主要植物（如棉、麻、木、竹等） ,与合成高分子材料相比，具有可再生、可降解、本钱低廉、储量丰富等优点。
纳米纤维素（ Nano Cellulose,NC）是指直径在1 ~100 nm,具有一定长径比，化学成分为纤维素的纳米高分子材料。
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
醋酸 纤维 素 （ Ｃ Ａ） 是 一种 重要 的纤 维 素衍 生物 ， 具 有 可 生 物 降解 性 、高 透光 率 和 热塑 性好 等优 势 ， 可用 作塑 料 、 胶片 、 人 工 肾脏 、反渗 透膜 、胶卷 和液 晶材料 等．与其 它纤 维素 衍 生物一 样 ， 醋 酸纤 维素
也存在机械性能差 的缺陷． Ｗｉ ｂ ｏ ｗ ｏ 等 叫 用改性蒙脱土和 Ｃ Ａ制得纳米复合材料 ， 当蒙脱土质量分数为 ５ ％时 ， Ｃ Ａ的拉伸强度提高 了 ３ ８ ％ ，弹性模 量提 高了 ３ ３ ％， 但冲击 强度降低 了 ２ ５ ％．Ｈ ａ ｓ ｓ ａ ｎ — Ｎ ｅ ｊ ａ ｄ 等 ¨ 用 硅 酸盐 黏 土与 Ｃ Ａ通 过挤 出成 型 方 法 制得 纳 米 复 合材 料 ，当硅 酸盐 黏 土 的质 量 分 数 为 ５ ％时 ， 拉伸强度提高了３ ３ ５％ ， 杨氏模量提高了 １ 倍， 断裂伸长率提高了 １ 倍， 但其透光率明显下降． 唐文倩 等 分 别 用长 度 为几毫 米 的剑麻 （ Ｓ Ｆ ） 和 乙酰 化 改性 剑 麻 （ Ａ Ｓ Ｆ ） 与Ｃ Ａ制 得 复合 材 料．ｓ Ｆ和 Ａ Ｓ Ｆ均 可 提高 Ｃ Ａ的拉伸性能和弯 曲强度 ， 但断裂伸长率与冲击强度 降低．可以看到， 这些改性方法都存在难 以兼 顾材 料 的透光 率 和力 学性 能 的缺 陷．本 文 采 用 Ｃ Ｎ Ｗ 为增 强相 ，无 论其 横 向尺 寸还 是 长 度 均小 于 可见光波长 ， 而且密度与基体材料接近 ， 因此 ， 以Ｃ Ｎ Ｗ 为增强相可以在保持 Ｃ Ａ高透光率的前提下全 面 改善 Ｃ Ａ 的机 械 性能 ．此外 ，由于 Ｃ Ｎ Ｗ 属于 生物 材料 ，因此 ， 制 得 的复合 材料 具有 广 阔 的应 用前 景 ． Ｃ Ｎ Ｗ 用作 Ｃ Ａ基复合材料的增强相时， 必须设法降低其表面极性 ， 使其能够均匀分散于 Ｃ Ａ的溶
一种羧基化改性的纤维素纳米晶须的制备方法[发明专利]
![一种羧基化改性的纤维素纳米晶须的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c074fc7bdaef5ef7bb0d3c6a.png)
专利名称：一种羧基化改性的纤维素纳米晶须的制备方法专利类型：发明专利
发明人：王世其,韦春,徐旭,龚永洋,吕建,谢慧红
申请号：CN201610813459.2
申请日：20160911
公开号：CN106279441A
公开日：
20170104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种羧基化改性的纤维素纳米晶须的制备方法。
将天然纤维素经过一定浓度的酸溶液在一定温度下进行处理一定时间，然后进行干燥，粉碎处理，得到预处理产物，将预处理产物在一定浓度的碱性催化剂的无水乙醇溶液中浸泡一定时间，制得混合液；然后再向混合液中加入一定量的醚化试剂，在一定温度和时间下进行反应，反应完成后进行洗涤，然后烘干、粉碎干燥即得羧基化改性的纤维素纳米晶须。
本发明方法所采用醚化试剂为氯乙酸或氯乙酸钠，廉价易得，产品成本控制在数万元每吨左右，且耗时短、产率高、溶剂用量低、环境污染小，适宜于大规模生产及应用。
申请人：桂林理工大学
地址：541004 广西壮族自治区桂林市七星区建干路12号
国籍：CN
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醋酸纤维素塑料的表面性能及表面改性研究
醋酸纤维素塑料的表面性能及表面改性研究摘要醋酸纤维素塑料是一种生物可降解塑料，在可持续发展的理念下，受到广泛关注。
然而，由于其特殊的化学结构和物理性质，醋酸纤维素塑料的表面性能对其应用效果具有重要影响。
因此，本文对醋酸纤维素塑料的表面性能进行了研究，并探讨了不同方法进行的表面改性对其性能的影响。
1. 引言随着人们对环境保护的日益关注，生物可降解塑料作为一种可替代传统塑料的新型材料，受到了广泛关注。
醋酸纤维素塑料作为一种常见的生物可降解塑料，由于其材料来源易得、可再生性好、可降解性能优良等优点，被广泛用于包装、农业、医疗等领域。
然而，由于醋酸纤维素塑料的高度结晶性和低耐湿性等特性，其表面性能对其应用效果具有重要影响。
2.醋酸纤维素塑料的表面性能2.1 表面能醋酸纤维素塑料的表面能是其表面性能的重要指标之一。
表面能通常分为极性成分和非极性成分，其中极性成分决定了材料的亲水性能和润湿性能。
文献研究表明，醋酸纤维素塑料的表面能主要由醋酸纤维素基团中的羟基和醛基等极性基团所决定。
较高的表面能使得醋酸纤维素塑料更容易吸附水分和其他极性液体，从而影响其水接触角和界面粘附能力。
2.2 表面形貌醋酸纤维素塑料的表面形貌对其表面性能也具有重要影响。
传统的醋酸纤维素塑料表面呈现出较大的颗粒性状，粗糙度较高。
这种不规则表面形貌导致了较高的表面能以及不利于光学、电学和机械性能的表现。
3. 表面改性方法针对醋酸纤维素塑料的表面性能，人们通过不同的表面改性方法进行研究，以提高其应用效果。
3.1 化学改性化学改性是通过在醋酸纤维素塑料表面引入新的官能团，改变其化学结构以改善其表面性能。
例如，一些研究表明，通过对醋酸纤维素塑料表面进行酯化、取代反应或添加辅助剂等方法，可以显著减少其表面能，提高其亲水性。
同时，还可以通过与其他功能性高分子材料进行共聚合或复合改性，以改善醋酸纤维素塑料的力学性能和耐候性能。
3.2 物理改性物理改性是通过改变醋酸纤维素塑料的表面形貌和结构来改善其表面性能。
剑麻纤维素纳米晶须的制备和表征
剑麻纤维素纳米晶须的制备和表征一、剑麻纤维素的特性剑麻纤维素是一种天然的纤维素材料，其主要成分为纤维素和半纤维素。
剑麻纤维素具有多孔结构、高比表面积和良好的生物相容性，是一种理想的纳米材料。
剑麻纤维素还具有优异的机械性能和化学稳定性，适合用于制备纳米晶须材料。
二、剑麻纤维素纳米晶须的制备1. 化学氧化法化学氧化法是目前制备剑麻纤维素纳米晶须的常用方法之一。
该方法首先将剑麻纤维素进行氧化处理，然后通过超声处理或机械剥离等手段将其分散成纳米尺寸的晶须。
在氧化处理过程中，通过调控氧化剂和反应条件等参数，可以有效地控制晶须的尺寸和形貌。
2. 生物法制备生物法制备剑麻纤维素纳米晶须是近年来的研究热点之一。
该方法利用天然微生物或酶类在适宜的环境条件下，直接将剑麻纤维素分解成纳米晶须。
与化学法相比，生物法具有环保、低能耗和高产率等优势。
三、剑麻纤维素纳米晶须的表征1. 形貌表征剑麻纤维素纳米晶须的形貌主要通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）进行观察。
SEM和TEM可以直观地观察到纳米晶须的形状、尺寸和分布等信息，为制备工艺的优化提供重要参考。
2. 结晶结构表征X射线衍射（XRD）是一种常用的分析方法，可以确定剑麻纤维素纳米晶须的晶体结构和结晶度。
通过XRD分析，可以了解晶须的结晶度、晶格参数和晶面取向等信息。
3. 表面性质表征剑麻纤维素纳米晶须的表面性质可以通过比表面积、孔隙结构和表面化学成分等参数进行表征。
氮气吸附-脱附（BET）等表面分析技术可以对纳米晶须的表面性质进行详细的研究。
四、剑麻纤维素纳米晶须的应用1. 纳米复合材料剑麻纤维素纳米晶须在制备纳米复合材料方面具有巨大的潜在应用价值。
将纳米晶须与增强纤维或基体树脂进行复合，可以显著改善复合材料的力学性能和热稳定性。
2. 生物医学材料由于剑麻纤维素纳米晶须具有优异的生物相容性，可以在生物医学领域中作为生物材料使用。
纳米晶须可以用于制备支架、药物载体和组织工程等方面，为组织工程和再生医学提供新的研究方向。
热带农作物废弃物制备天然纳米纤维素的研究进展
热带农作物废弃物制备天然纳米纤维素的研究进展付调坤;魏晓奕;李积华;王飞【摘要】我国热带地区的农业生产过程中会产生大量的农作物废弃物,其中大部分被直接遗弃在田间,带来了严重的环境问题.热带农作物中含有丰富的纤维素,是制备天然纳米纤维素的重要原料之一.利用热带农作物废弃物制备纳米纤维素的方法有物理法,化学法,生物法等,但都存在一定的缺陷.文章主要介绍利用热带农作物废弃物制备纳米纤维素的研究现状,分析目前的制备工艺的优缺点,为热带农作物及其废弃物的高值化应用提供参考.【期刊名称】《纤维素科学与技术》【年(卷),期】2013(021)001【总页数】8页(P78-85)【关键词】热带农作物;天然纳米纤维素;制备;高值化应用【作者】付调坤;魏晓奕;李积华;王飞【作者单位】中国热带农业科学院农产品加工研究所,广东湛江524001;中国热带农业科学院农产品加工研究所,广东湛江524001;中国热带农业科学院农产品加工研究所,广东湛江524001;中国热带农业科学院农产品加工研究所,广东湛江524001【正文语种】中文【中图分类】Q539.3热带农作物是指热带地区的栽培植物，在中国通常指在热带地区栽种的特种经济作物，种植范围主要在广东、广西、海南、云南、福建、台湾等地。
其中有的热带农作物在国民经济中占有重要地位，如橡胶树，其所产橡胶与钢铁、石油、煤炭并列为四大工业原料；咖啡、可可与茶叶并称为世界三大饮料；木薯，是许多发展中国家的主要粮食和能源植物；还有生长于热带的各种香料、水果和特效药材等等。
热带作物一般为多年生，通常采取种植园方式生产，一次栽种，多年收获。
在我国热带地区农业生产过程中不可避免地会产生大量的农业废弃物，包括作物的茎、杆、叶等，通常热带农作物田间废弃物主要有香蕉茎叶、甘蔗叶、甘蔗渣、菠萝叶和木薯杆（叶）等。
随着我国农业的不断发展，主要热带农作物田间废弃物资源的总量呈现上升趋势，我国已成为农业废弃物产出量最大的国家[1]。
纤维素纳米晶须
纤维素纳米晶须
纤维素纳米晶须是一种新型的纳米结构，由纳米尺寸的纤维素纤
维微粒构成。
它具有强度高、质量轻等优点，正在被许多行业应用于
工业制造，包括电子行业、纺织品行业以及汽车制造等。
纤维素纳米晶须，通过采取一种特殊的勃朗宁反应，将纤维素合
成成纳米晶粒。
纤维素纳米晶须具有水性、强慴粘性、节能能、环保、强度高等优点，是替代传统纤维素材料的最佳选择。
纳米晶粒还具有
弹性好和耐蚀性，因此它们也可以用于制造高性能的纤维素材料。
纤维素纳米晶须可以多种制成一些可用于抗碱容器、增强上光材料、保温材料、外壳、环保装饰板、封装防护管等。
例如，它可以被
用来制造分子排布较为精细的耐酸碱膜，也可以作为树脂复合材料的
纤维增强材料，以提高材料的机械强度和剪切抗拉强度。
此外，纤维素纳米晶须还可以作为抗静电注射成型绝缘材料，可
以抵抗高温、腐蚀性和有害物质，用于裹体和熔喷成型。
它还可以用
于生物医学和环境保护领域，具有光催化性能，帮助减少空气污染。
另外，它还可以作为高的介电常数以及低的介质损耗因子的电介质，
在电子行业有重要的作用。
综上所述，纤维素纳米晶须具有许多优异的性能，已经在许多行
业得到广泛应用，是替代传统材料的一种更高性能的新型材料。
纤维素纳米纤维-环氧树脂复合材料的制备与研究
纤维素纳米纤维-环氧树脂复合材料的制备与研究颜明;宋冰;陆海龙;马金霞;周小凡【期刊名称】《中华纸业》【年(卷),期】2016(037)014【摘要】通过共混法制得不同比例的纤维素纳米纤维和环氧树脂的复合材料，再通过扫描电镜、万能拉力机、傅里叶红外光谱和热重分析检测纤维素纳米纤维-环氧树脂复合材料的性能。
通过检测分析可以得出：纤维素纳米纤维能够和环氧树脂很好地结合，对于环氧树脂有着很好地增韧效果，与纯环氧树脂材料相比而言，纤维素纳米纤维-环氧树脂复合材料的抗拉强度变大，韧性变好，而且纤维素纳米纤维的加入对环氧树脂的热稳定性能基本没有产生影响。
【总页数】4页(P23-26)【作者】颜明;宋冰;陆海龙;马金霞;周小凡【作者单位】南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，南京 210037;南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，南京 210037;南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，南京 210037;南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，南京 210037;南京林业大学江苏省制浆造纸重点实验室，南京 210037【正文语种】中文【中图分类】TB332;TB383【相关文献】1.纳米纤维素晶须/硝化纤维素复合材料的制备与力学性能研究 [J], 王文俊;冯蕾;邵自强;王飞俊;李永红2.尾矿粉/秸秆纤维素/环氧树脂复合材料制备及性能研究 [J], 侯桂香;于守武;李婷婷;王浩然;桑晓明3.纤维素纳米晶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究 [J], 卢琳娜; 李永贵; 卢麒麟4.纳米纤维素掺杂环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究 [J], 姚艳芳;姚轶凡;王云5.环氧树脂_改性纳米纤维素复合材料的制备与性能研究 [J], 黄新民;杨连贺;徐清;敖翔;汪诚威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Vol.34高等学校化学学报No.42013年4月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1021~1026 doi:10.7503/cjcu20120691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杨振钰,王文俊,邵自强,李永红(北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081)摘要 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)㊁X 射线光衍射(XRD)㊁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㊁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.关键词 纳米纤维素晶须;醋酸酯化;醋酸纤维素;纳米复合材料;拉伸性能中图分类号 O636.11 文献标志码 A收稿日期:2012⁃07⁃20.联系人简介:王文俊,女,博士,副教授,主要从事纤维素衍生物研究.E⁃mail:wangwenjun@纤维素经过酸水解可以得到横向尺寸在20nm 以内,长度约为200nm 的具有纳米尺度的纤维素.从结构上看,纳米纤维素是纤维素中的无定型区被破坏后留下的结晶区,故通常将纳米纤维素称为 纳米纤维素晶体(NCC)”或 纳米纤维素晶须(CNW)”.纳米纤维素晶须的高纯度赋予其优异的物理化学性质,其强度及杨氏模量与普通纤维素相比有指数级的增加.纯纳米纤维素晶须的杨氏模量约为150GPa,拉伸强度约为10GPa,可取代陶瓷和金属.另外,纳米纤维素晶须还具有生物可降解性㊁可再生性㊁来源丰富㊁价格低廉和密度低等优势.因此,自1995年Favier 等[1]首次将CNW 作为增强相掺入聚苯乙烯⁃丙烯酸丁酯基体中制得纳米复合材料后,以聚氨酯[2]㊁聚乙二醇[3]㊁聚己内酯[4]㊁淀粉[5]㊁聚乳酸[6]㊁环氧化合物[7]㊁聚丙烯酰胺[8]和聚乙烯醇[9]等作为基体的复合材料相继被报道.醋酸纤维素(CA)是一种重要的纤维素衍生物,具有可生物降解性㊁高透光率和热塑性好等优势,可用作塑料㊁胶片㊁人工肾脏㊁反渗透膜㊁胶卷和液晶材料等.与其它纤维素衍生物一样,醋酸纤维素也存在机械性能差的缺陷.Wibowo 等[10]用改性蒙脱土和CA 制得纳米复合材料,当蒙脱土质量分数为5%时,CA 的拉伸强度提高了38%,弹性模量提高了33%,但冲击强度降低了25%.Hassan⁃Nejad 等[11]用硅酸盐黏土与CA 通过挤出成型方法制得纳米复合材料,当硅酸盐黏土的质量分数为5%时,拉伸强度提高了335%,杨氏模量提高了1倍,断裂伸长率提高了1倍,但其透光率明显下降.唐文倩等[12]分别用长度为几毫米的剑麻(SF)和乙酰化改性剑麻(ASF)与CA 制得复合材料.SF 和ASF 均可提高CA 的拉伸性能和弯曲强度,但断裂伸长率与冲击强度降低.可以看到,这些改性方法都存在难以兼顾材料的透光率和力学性能的缺陷.本文采用CNW 为增强相,无论其横向尺寸还是长度均小于可见光波长,而且密度与基体材料接近,因此,以CNW 为增强相可以在保持CA 高透光率的前提下全面改善CA 的机械性能.此外,由于CNW 属于生物材料,因此,制得的复合材料具有广阔的应用前景.CNW 用作CA 基复合材料的增强相时,必须设法降低其表面极性,使其能够均匀分散于CA 的溶剂(如丙酮)中.通常选择与CA 的官能团相匹配的疏水基团对CNW 进行疏水化学改性,这将影响复2201高等学校化学学报 Vol.34 合材料中增强相与基体的界面强度.Rodionova等[13]以甲苯为溶剂,对由Kraft pulp制备得到的微纤纤维素(MFC)进行醋酸酯化改性. Jonoobi等[14]首先对微米级Kenaf纤维进行醋酸酯化改性,然后通过机械研磨得到了纳米级的醋酸酯化纤维素,使其可以均匀分散在丙酮和乙醇中.Lin等[15]用吡啶为溶剂和催化剂,对NCC进行醋酸酯化改性,得到了均匀分散于二氯甲烷中的改性产物.王能等[16]对球形纳米微晶纤维素进行醋酸酯化改性,改性后的产物可以均匀分散在醋酸中.本文首先对CNW进行醋酸酯化疏水改性,使改性后的产物可以均匀分散在丙酮中,然后将改性后的CNW与CA通过溶液浇铸法制成全生物纳米复合材料.1 实验部分1.1 试剂与仪器精制棉(M30),聚合度为800~1000,四川北方硝化棉公司;醋酸纤维素(CA),结合醋酸值54.5%~56.0%,中国医药(集团)上海化学试剂公司;浓硫酸㊁醋酸酐㊁冰醋酸㊁丙酮和乙醇等均为分析纯,北京化工厂.Nicolet6700型傅里叶变换红外光谱仪(FTIR),KBr压片法;D8Advance型X射线衍射仪(XRD), Cu射线,Ni滤波,λ=0.154nm;JEM⁃200CX透射电子显微镜(TEM),加速电压为120kV;PHI Quan⁃teraⅡ型X射线光电子能谱仪(XPS),Al Kα激发源,光电子发射角为45°,取样深度约为5nm; INSTION1185型电子拉力试验机;奥地利Anton Paar Physica MCR301型智能流变仪.1.2 CNW的制备将20g精制棉加入350mL64%(质量分数)的硫酸水溶液中,于45℃的水浴中搅拌反应20min,加入10倍去离子水终止反应,经多次离心洗涤得到CNW淤浆.1.3 CNW的醋酸酯化改性将制得的CNW淤浆用冰醋酸离心置换多次,除去其中的水.用冰醋酸稀释成可流动的悬浊液(CNW的质量分数为10%),然后边搅拌边缓慢滴加硫酸㊁冰醋酸和醋酸酐的混合液(硫酸的质量为CNW质量的5%,冰醋酸的质量为CNW质量的5倍).滴加完毕后,在搅拌下将反应物从室温以1℃/ min的速度升温至45℃,反应30min.产物依次用乙醇和丙酮洗涤,抽滤,得到醋酸酯化的纳米纤维素晶须(ACNW)淤浆.1.4 CA/ACNW纳米复合膜的制备将2.5g混合增塑剂(邻苯二甲酸二甲酯与邻苯二甲酸二乙酯的混合物,质量比7∶3)加入ACNW 的丙酮悬浮液(丙酮的质量为100g)中,搅拌均匀,并在冰水浴中超声分散10min.将CA(CA与ACNW的质量和为10g)溶解于上述悬浮液中,流延浇铸成厚度约为0.4mm的CA/ACNW纳米复合膜.1.5 CA/ACNW纳米复合膜的力学性能测试将纳米复合膜置于60℃真空烘箱中干燥4h,裁成尺寸为40.0mm×11.0mm的试样,测试拉伸性能和动态力学性能.拉伸性能测试温度为23℃,相对湿度为40%,拉伸速率为10mm/min,测试跨距为20mm.动态力学性能测试时升温速率为3℃/min,频率为1Hz.2 结果与讨论2.1 CNW的醋酸酯化改性控制醋酸酐与纳米纤维素晶须的质量比分别为1∶8,2∶8,3∶8和5∶8,得到一系列不同醋酸酯基取代度的ACNW,分别记作ACNW⁃18,ACNW⁃28,ACNW⁃38和ACNW⁃58.图1为改性前后CNW的红外谱图.可以看到,与改性前的CNW相比,4种改性产物均在1741 cm-1处出现C O的伸缩振动峰;在1248cm-1处出现对应于酯基中C O的伸缩振动峰,说明改性产物均含有醋酸酯基.而3300cm-1附近 OH的伸缩振动峰强度没有明显降低,说明改性产物中醋酸酯基的取代度(DS)较低.Fig.1 FTIR spectra of original (a )and modified CNW (b e )powdersb .ACNW⁃18;c .ACNW⁃28;d .ACNW⁃38;e .ACNW⁃58.改性产物ACNW 中醋酸酯基的DS 可由红外谱图中位于1741cm -1处CO 的吸收峰面积与3300cm -1附近 OH 吸收峰面积之比计算得到[17]:DS =A (C O)/A ( OH),计算结果列于表1.Table 1 DS and degree of crystallization of different ACNW Sample m (CA)∶m (CNW)DS Degree of crystallization(%)CNW 072.1ACNW⁃181∶80.0477.7ACNW⁃282∶80.0577.1ACNW⁃383∶80.0776.5ACNW⁃585∶80.2353.1 由表1可以看出,ACNW 中醋酸酯基的取代度随着改性反应体系中醋酸酐与CNW 质量比的增大而增大.2.2 ACNW 在丙酮中的分散情况及外貌形态对CNW 进行化学改性的目的在于降低其极性,由于改性产物中疏水基团醋酸酯基的数量不同,其极性不同,在丙酮中的分散状态也随之变化.图2为改性前后CNW 在水和丙酮中分散状态的光学照片.可以看出,改性前由于CNW 表面含有大量羟基,具有很强的亲水性,只能稳定悬浮于极性较强Fig.2 Dispersibility of CNW (A )and ACNW (B ,C )(A)CNW in water(a)and acetone(b);(B)ACNW⁃18(c),ACNW⁃28(d),ACNW⁃38(e)and ACNW⁃58(f)in acetone,respectively;(C)flow birefringence of ACNW⁃28in acetone.的溶剂如水中,在丙酮中则发生团聚.ACNW⁃18在丙酮中不能稳定分散,大量团聚并沉积在容器底部,这是由于其醋酸酯基的取代度较小,极性仍较强的缘故;ACNW⁃28和ACNW⁃38均能在丙酮中稳定悬浮7d,未出现分层现象;ACNW⁃58由于醋酸酯基的取代度过大而溶解在丙酮中,呈现为透明的溶液状态.因此,仅从ACNW 在丙酮中的分散状态判断,醋酸酯基取代度过小的ACNW⁃18和过大的ACNW⁃58均不适宜用作复合材料的增强相.Fig.3 TEM images of CNW (A ),ACNW⁃28(B ),ACNW⁃38(C )and ACNW⁃58(D )图3为改性前后CNW 的TEM 照片.制备CNW 的TEM 样品时采用水为分散介质,而制备ACNW⁃28,ACNW⁃38和ACNW⁃58样品时采用丙酮为分散介质,由于ACNW⁃18在丙酮中分散性不好,故未用TEM 观察其形貌.由图3可以看到,改性前的CNW 为直径8~12nm,长度120~300nm 的棒状形态,平均长径比约为20.ACNW⁃58的TEM 显示,其在丙酮中出现了明显的溶胀,导致晶须直径变大.ACNW⁃38晶须也部分溶胀.ACNW⁃28维持改性前纳米纤维素晶须的棒状形态㊁尺寸及尺寸分布与改性前一致.图2(C)显示,ACNW⁃28的丙酮悬浮液出现的流动双折射现象,证明其在丙酮中以孤立的棒状纳米纤维素晶须形式存在.3201 No.4 杨振钰等: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2.3 ACNW 的结晶性能图4为改性前后纳米纤维素晶须粉末的X 射线衍射图谱.由图4可以看到,改性前的CNW 在2θFig.4 XRD patterns of CNW (a ),ACNW⁃18(b ),ACNW⁃28(c ),ACNW⁃38(d )and ACNW⁃58(e )分别为14.8°,16.5°,22.6°和34.5°处出现了4个衍射峰,分别对应(101),(101),(002)和(040)晶面的吸收衍射峰,与纤维素Ⅰ的典型衍射峰相吻合;而4种改性产物衍射峰的位置未发生变化,说明结晶晶型未改变.衍射峰的强度发生了变化,说明其结晶度发生了改变.根据图4计算得到的结晶度数据列于表1.由表1可见,ACNW⁃18,ACNW⁃28和ACNW⁃38均维持与CNW 相当的结晶度,说明与其相应的醋酸酯化反应仅局限在晶须表面;ACNW⁃58的结晶度显著降低,说明在制备ACNW⁃58的醋酸酸化反应过程中酯化反应已经深入到CNW 的内部.综合以上分析可以看到,ACNW⁃28可以稳定分散在丙酮中,并且维持刚性棒状形态和较高的结晶度,适合用作复合材料的增强相.2.4 ACNW⁃28表面取代度的计算由于在制备ACNW⁃28过程中醋酸酯化反应仅局限于晶须表面,因此,通过X 射线光电子能谱(XPS)对其表面组成进行分析,从而计算出醋酸酯基在晶须表面的取代度.图5为CNW 与ACNW⁃28的O 1s 和C 1s 峰的XPS 谱图以及对C 1s 峰的解析.Fig.5 XPS spectra for C 1s and O 1s of CNW (A )and ACNW⁃28(C )and the deconvolutionof C 1s peaks of CNW (B )and ACNW⁃28(D )由图5结果可以计算得到改性前CNW 表面组成中O /C 原子比为0.77,比纤维素(C 6H 10O 5)的理论组成值0.83略小.这可能是由于晶须表面吸附了一些外来的杂质所致.ACNW⁃28表面的O /C 原子比从0.77下降到0.67.同时,C 1s 峰中O C O 中碳的相对强度由改性前的1.9%提高到8.7%,C C 中碳的相对强度从改性前的5.7%提高到9.5%.从另一侧面佐证了ACNW⁃28表面醋酸酯基的存在.以改性前的CNW 为参照,ACNW⁃28晶须表面醋酸酯基的取代度(DSS)可以通过O C O 与C O 两种C 的相对强度变化按公式DSS =(6I b I O C O /I C O )-6I a 计算得到,ACNW⁃28醋酸酯基的DSS 为0.45,其中,I O C O 表示ACNW⁃28的O CO 中碳的相对强度;I C O 表示ACNW⁃28的C O 中碳的相对强度;I a 表示改性前CNW 中O C O 中碳的相对强度;I b 表示改性前CNW 中C O 中碳的相对强度.由XPS 测试结果计算得到ACNW⁃28的表面取代度值(0.45)远大于根据红外光谱结果计算得到的平均取代度值(0.05),再次证明ACNW⁃28是纳米纤维素晶须表面发生醋酸酯化的产物.2.5 CA /ACNW 纳米复合膜的力学性能以ACNW⁃28为增强相,以CA 为基体,采用溶液浇铸法制备了一系列纳米复合膜,考察了ACNW⁃28的添加量对纳米复合膜力学性能的影响.ACNW⁃28的质量分数分别为2.0%,3.0%,3.5%,4.5%,5.5%和7.0%的纳米复合膜记作CA /ACNW⁃2.0,CA /ACNW⁃3.0,CA /ACNW⁃3.5,CA /ACNW⁃4201高等学校化学学报 Vol.34 4.5,CA /ACNW⁃5.5和CA /ACNW⁃7.0.表2列出了ACNW⁃28的添加量对纳米复合膜拉伸强度(σb )㊁Table 2 Influence of ACNW⁃28contents on tensileproperties of CA nanocompositesSamplew (ACNW⁃28)(%)σb /MPa E /GPa εb (%)CA 40.61.0813.5CA /ACNW⁃2.02.042.71.2815.6CA /ACNW⁃3.03.042.91.3318.1CA /ACNW⁃3.53.543.91.4320.4CA /ACNW⁃4.54.544.21.5119.4CA /ACNW⁃5.55.540.81.2019.3CA /ACNW⁃7.07.040.91.2515.0杨氏模量(E )和断裂伸长率(εb )的影响规律.由表2可以看出,与空白膜相比,添加了ACNW⁃28的CA 纳米复合膜的拉伸强度㊁杨氏模量和断裂伸长率3个指标同时得到提高.其中,当ACNW⁃28的质量分数为4.5%时,纳米复合膜的拉伸强度提高了9%,杨氏模量提高了39%,断裂伸长率提高了44%.由于添加的ACNW⁃28晶须是高强度㊁高模量的刚性物质,因此,添加后导致纳米复合膜杨氏模量的增大符合常理;纳米复合膜拉伸强度的增大是由于改性后晶须与CA 基体间具有良好的相容性,从而保证了拉伸应力可以从强度较低的基体顺利地通过两者间界面传递到强度较大的晶须;而添加了刚性晶须的纳米复合膜韧性指标(断裂伸长率)也得到了提高,则归因于ACNW 具有较大的比表面积,并且能够在基体中良好分散,因此,在纳米复合膜拉伸过程中可以在晶须和基体间的界面耗散更多的应变能.由表2还可以发现,纳米复合膜的拉伸强度㊁杨氏模量和断裂伸长率均在ACNW⁃28添加质量分数为4.5%时达到极大值.在此添加量下材料内部可能建立了某种最完善的结构,这种结构与逾渗理论[1]有关:具有一定长径比的纳米纤维素晶须依靠彼此间的相互作用形成三维网状结构.对于本文所用平均长径比约为20的ACNW⁃28,根据逾渗理论模型计算形成此种网状结构的逾渗阈值为3.4%(体积分数),在CNW 和CA 的密度分别为1.5和1.3g /cm 3情况下,对应的逾渗阈值的质量分数为3.9%,与纳米复合膜力学性能最佳时ACNW⁃28的添加量4.5%接近.图6为CA 空白膜和纳米复合膜的动态热机械分析(DMA)曲线.表3列出了CA 空白膜和纳米复合膜的玻璃化转变温度(T g )和在125℃的储能模量(E ′)值.由图6(A)可以看出,与空白膜相比,添加了ACNW⁃28后的纳米复合膜在发生玻璃化转变期间(以125℃为例),储能模量的降低幅度较小.当ACNW⁃28添加量为7.0%时,CA 纳米复合膜在125℃下的储能模量为1.95GPa,是空白膜的5.6倍.这个结果同样源于纳米复合膜中纳米纤维素晶须间形成的三维网状结构对材料的支撑作用.Fig.6 Temperature dependence of storage modulus (E ′)and tan δfor neat CA and CA nanocompositesTable 3 Storage modulus at 125℃and T g of neat CA and CA nanocomposites SampleE ′/GPa T g /℃Sample E ′/GPa T g /℃CA 0.35126CA /ACNW⁃4.51.37131CA /ACNW⁃2.00.52128CA /ACNW⁃5.50.62132CA /ACNW⁃3.00.91128CA /ACNW⁃7.01.95142CA /ACNW⁃3.51.07132 由图6(B)可以看到,添加了ACNW⁃28的CA 纳米复合膜的T g 向高温方向移动,损耗峰呈现宽化和强度降低的趋势,说明改性后的纳米纤维素晶须与CA 基体间有良好的界面强度,纳米纤维素晶须通过两者界面限制了CA 分子链的自由运动.5201 No.4 杨振钰等: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6201高等学校化学学报 Vol.34 综上所述,以冰醋酸为分散介质,硫酸为催化剂,醋酸酐为酯化剂,对纳米纤维素晶须进行了醋酸酯化改性,通过优化反应条件得到能够稳定分散在丙酮中的改性纳米纤维素晶须ACNW,维持了改性前CNW的棒状形态和高结晶度.以ACNW为增强相,CA为基体,制备了一系列纳米复合膜,其拉伸强度㊁杨氏模量和断裂伸长率同时得到提高.纳米纤维素晶须间形成一个三维网状结构.参 考 文 献[1] Favier V.,Chanzy H.,Cavaille J.Y.,Macromolecules,1995,28(18),6365 6367[2] Wu Q.J.,Henriksson M.,Liu X.H.,Berglund L.A.,Biomacromolecules,2007,8(12),3687 3692[3] Azizi Samir M.A.S.,Alloin F.,Sanchez J.Y.,Kissi N.E.,Dufresne A.,Macromolecules,2004,37(4),1386 1393[4] Habibi Y.,Goffin A.L.,Schiltz N.,Duquesne E.,Dubois P.,Dufresne A.,J.Mater.Chem.,2008,18,5002 5010[5] Alemdar A.,Sain M.,Composites Science and Technology,2008,68,557 565[6] Petersson L.,Kvien 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cellulose nanowhiskers preserved their original rod⁃like structure and high degree of crystalliza⁃tion.Cellulose acetate(CA)nanocomposites were prepared using ACNW as fillers by a casting/evaporation technique,and the effect of ACNW contents on the tensile properties of the CA matrix was studied.The ten⁃sile strength,Young’s modulus,and strain at break of all CA nanocomposites exhibited simultaneous increase in comparison with neat CA matrix.The storage modulus of CA nanocomposites after temperature of glass tran⁃sition(T g)was higher than the neat CA matrix.Keywords Cellulose nanowhisker;Acetylation;Cellulose acetate;Nanocomposite;Tensile property(Ed.:W,Z)。