高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征

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] 9-1 0 . 具 体 过 程 如 下: 均质技术制备 [ 将烘干毛竹切片
浙江省富阳 市 黄 公 望 森 林 公 园 ; 聚乙烯醇( 聚合度为
1 引 言
, 打磨粉碎后过 6 称 取 2g 的 样 品 用 0目筛( 0. 2 5 mm) 置于7 并不 0. 6g 亚氯酸钠 , 5 ℃ 恒 温 水 浴 中 加 热 1h, 断摇瓶 , 如此重复 4 次 , 过滤洗涤后得到综纤维素 . 再 用N 纤 维 素. 将 得 到 的 α 纤 a OH 溶 液 处 理 后 得 到 α G G 维素分散到 5 采用高压 M 0m L 水 中, G 1 1 0 P 射流纳米 ) 均质机 ( 美国 M 内腔孔径为8 操作 i c r o f l u i d i z e r 7μ m, 维素测定仪中 , 加入 6 5m L 蒸 馏 水、 0. 5m L 冰乙酸和
;哈 尔 滨 市 科 技 创 新 人 才 资 助 项 目 基金 项 目 :中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( 2 5 7 2 0 1 4 E B 0 1 G 0 2) ( ) ; ) 浙江省林业工程重中之重一级学科开放基金资助项目 ( 2 0 1 4 R F X X J 0 3 8 2 0 1 4 l c z 0 0 2 y g : 收到初稿日期 : 收到修改稿日期 : 通讯作者 : 刘志明 , 2 0 1 5 G 0 1 G 1 0 2 0 1 5 G 1 1 G 0 9 E G m a i l z h i m i n l i u w h @1 2 6. c o m g y , 作者简介 : 余森海 ( 男, 福建永安人 , 在读硕士 , 师承刘志明教授 , 主要从事纳米纤维素复合材料研究 . 1 9 9 1- )
) 卷 2 0 1 6 年第 1 期 ( 4 7
3 结果与讨论
3. 1 形貌分析 纳米纤 维 素 纤 维 的 T EM 图 如 图 1 所 示 .样 品 的
T EM 图如图 2 所 示 . 采 用 仪 器 自 带 N a n oM e a s u r e r 分析软 件 对 图 1 中 N F C 样品的直径和长度进行测量
3] , 果[ 另一方面纳 米 纤 维 素 高 比 表 面 积 使 其 更 有 利 于 4] . 同 时, 引入功能性组 分 制 备 出 功 能 纸 [ 高结晶性和 [ ] 2
. 近 些 年, 随着纳米技术的 , 它在作为复合
微小直径 ( 的纳米纤维素也使透明纸的制 5~2 0n m) [] 备成为 可 能 . H e n r i k s s o n等 5 研究了不同长径比纳 米纤维素的纳米 纤 维 素 纸 的 力 学 特 性 和 孔 隙 结 构 , 发 现长径比为 1 0 0的纳米纤维素具有1 3. 2G P a的 弹 性 C T E 值对纳米 纤 维 素 复 合 材 料 以 及 纳 米 纸 透 光 率 的 影响 , 并分别以3种抛光手段( 层 压、 沉积和喷涂高透 明聚合物 ) 来 进 一 步 改 善 纳 米 纸 的 透 光 性 能. 本 文 采
2. 4 样品的表征 采用日本 H I T A CH I仪 器 有 限 公 司 的 H G 7 6 5 0型 透射电 子 显 微 镜 ( 对N T EM ) F C 的微观形貌进行观 察; 采用美国 F E I 公 司 的 QUANT A2 0 0型扫描电子 ( ) 、 显微镜 S EM 对未抛 光 的 纳 米 纸 透 明 纸 和 聚 乙 烯 醇 双光束紫外可 见 分 光 光 度 计 ( 北京普析通用仪器有限 责任公司 ) 的薄膜 附 件 对 样 品 在 2 0 0~8 0 0n m 范围内 的透光率进行 测 试 ; 采用 S 美 T A 6 0 0 0同步热分析仪( 国珀金埃尔默仪器 ) 对样品的热失重数据进行分析 , 温 的样品条并用千 分 尺 对 样 品 的 厚 度 进 行 测 量 , 然后采 应变曲线 、 拉伸强度和断裂伸长率等力学数据 . 度测量范围为 5 将 样 品 剪 成 1. 0~7 0 0 ℃; 5c m×7c m 用万能材料试验 机 ( 北 京 兰 德 梅 克) 得到相应的应力 G 膜的 表 面 形 貌 以 及 断 面 形 貌 进 行 观 察 ; 采 用 TU G 1 9 0 1
图 2 样品的 S EM 图
品 . 从表观图片 中 可 以 看 出 , A 4 复 印 纸 完 全 不 透 明,
纸在 6 0 0n m 处的透光率分别为9 0% , 0. 5% 和 6 5% ,
余森海 等 : 高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征
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F i a r e n tp h o t o r a ha n dl i h tt r a n s m i t t a n c e g3 A p p g p g c u r v e so f t h es a m l e s p
样品 .
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统计 , 采用高压 均 质 技 术 制 备 的 纳 米 纤 维 素 的 直 径 尺 寸主要为 2 长 度 达 到 微 米 级. 从 图 2 中 可 以 看 0n m, N F C 纤维聚集 产 生 的 纳 米 纤 维 素 纸 呈 现 出 三 维 网 络 聚集的多孔结构 . 经过聚乙烯醇浸泡抛光后的纳米纤 维素纸表面变得 较 为 平 整 , 并且断面中的空隙得到了 很大程度上的 填 充 . 因 此 , 这种孔隙的填充在一定程 度上会减少光 的 散 射 并 且 增 加 N F C 纤维之间的相互 作用 , 对其光透 明 性 能 以 及 力 学 强 度 等 改 善 有 着 一 定 积极作用 . 出, 聚 乙 烯 醇 基 体 具 有 平 整 的 表 面 形 貌 和 断 面 形 貌,

[] 模量 和 2 1 4 MP a 的 拉 伸 强 度.N o i等 6 、 O k a h i s a g [] 7] 、 等[ Y a n o等 8 较为系统的提出了纤维素直径以及
2. 3 纳米纤维素纸的制备 取1 0m L 上述 N F C 水溶胶用微孔滤膜( 5 0 mm 并在室温下晾干得到纳米纤维素 3~5 次除去微滤膜 , . 纸( 纳米纸 ) 的聚乙烯醇溶液中 1 取出后平铺在聚四氟乙烯板 2h, .质量 上自然晾干 , 得到透明纳米纤维素纸( 透 明 纸) 分数为 4% 聚乙烯醇溶 液 制 备 纯 的 聚 乙 烯 醇 膜 做 参 照 将无光泽的纳米纤 维 素 纸 浸 没 在 质 量 分 数 为 4%

余森海 , 刘志明 , 吴 鹏
用高压均质技术 制 备 出 毛 竹 纳 米 纤 维 素 , 结合微滤手 然后 , 选用聚乙烯醇这种具有良好透光性 、 可降解性的 聚合物作为抛光 剂 , 利用沉积法对所得的纳米纸进行 抛光处理 , 并对其 进 行 微 观 形 貌 、 力 学 强 度、 透光率等 表征 , 为纳米纤维素的应用提供基础数据 .
余森海 等 : 高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征
( ) 文章编号 : 1 0 0 1 G 9 7 3 1 2 0 1 6 0 1 G 0 1 2 5 9 透明纳米纤维素纸的制备与性能表征
( ) 东北林业大学 材料科学与工程学院 ,哈尔滨 1 5 0 0 4 0 摘 要: 采 用 高 压 均 质 法、 微滤沉积 以毛 竹 为 原 料 , 法、 聚乙烯醇基体抛光法制备透明的纳米纤维素纸 ( 透 . 通过 S 明纸 ) 拉 伸 试 验 和 UV EM、 G V i s测 量 系 统 分 析了纳米纤维素纸的微观形貌与其力学性能和透光率 的相应关系 . 研 究 结 果 表 明 , 多孔网状的纳米纤维素 纸( 纳米纸 ) 以及抛光处 理 后 的 透 明 纸 与 传 统 的 A 4复 印纸相比有着高 的 拉 伸 强 度 , 并且网络伸展使其断裂 伸长率也有所提高 . 透明纸的弹性模量和拉伸强度分 . 同 时, 别为 ( 1. 3 1±0. 3 5)G P a和 ( 1 2 0. 3±2. 1)MP a 采用聚乙烯醇高透明性基体抛光处理对纳米纸的透光 6 5% . 这种高强度透明纳米纸在柔性光电材料领域有 着一定的应用潜力 . 关键词 : 纳米纸 ; 透明性 ; 力学性能 纳米纤维素 ; : / D O I 1 0. 3 9 6 9 i . s s n . 1 0 0 1 G 9 7 3 1. 2 0 1 6. 0 1. 0 5 5 j 中图分类号 : T B 3 4; O 6 3 6 文献标识码 : A 性有着 明 显 的 改 善 , 透明纸在6 0 0n m 处的透光率为
图 3 样品的表观图片和透光率曲线
4 0 0 ℃ 出现了 第 三 个 失 重 阶 段 . 从 热 分 解 温 度 来 看 , 纳米 纸 和 A 分别在3 4 纸 的 热 分 解 温 度 较 高, 1 2和 聚乙烯醇的热分解温度为 2 而经 过 聚 乙 3 2 3 ℃, 4 2 ℃, 烯抛光处理的透明纸的热分解温度介于纳米纸和聚乙 烯醇之间 , 为3 0 0 ℃.
压力 为 2 00 0 0p s i均 质 1 2次后得到纳米纤维素 ( , 的 水 溶 胶, 经稀释调 N a n o f i b r i l l a t e dc e l l u l o s eN F C) 节后得到质量分数为 0. 5% 的 N F C 水溶胶 .
抽滤3 在微滤膜表面形成 N ×0. 4 5μ m) 0m i n 后, F C 层 . 将滤膜连同 样 品 层 一 起 浸 泡 在 丙 酮 中 , 反复冲洗
与人们的生活 息 息 相 关
纤维素作为一 种 可 再 生 生 物 质 资 源 , 自古以来就
[ 1]
苯醇混合液抽提 6h, 将苯醇抽提过的样品移入到综纤
不断发展 , 来源 生 物 质 材 料 的 纤 维 素 纳 米 纤 维 和 纤 维 素纳米晶的研究与应用也逐步受到人们的关注 . 纳米 纤维素具有特 殊 的 物 理 和 化 学 特 性 材料的增强组分方面已经取得了显著的成效 . 而纳米 纤维素在纸的性 能 改 善 方 面 已 有 了 初 步 的 应 用 , 一方 面纳 米 纤 维 素 独 特 的 力 学 强 度 对 纸 张 有 着 增 强 效
段除去纳米纤 维 素 胶 体 中 的 水 分 得 到 纳 米 纤 维 素 纸 .
2 实 验
2. 1 材料 ) , 毛竹 ( P h l l o s t a c h sh e t e r o c c l ac v . P u b e s c e n s y y y , 醇解度 >9 阿 拉 丁 试 剂.其 它 试 剂 均 17 5 0±5 0, 9% ) 为分析纯 , 未进一步纯化处理直接使用 . 2. 2 纳米纤维素的制备 纳米纤维素的制备采用亚氯酸钠纯化法以及高压
F i Gc u r v e so f t h es a m l e s g5T p 从图 5 中 可 以 看 出 , 纳米纸和 A 4纸表现出两个 失 重 阶 段, 而 透 明 纸 由 于 聚 乙 烯 醇 基 体 的 填 充, 在
F i EMi m a eo f s a m l e s g2S g p 随着波长的减小 透 光 率 逐 步 减 小 , 其中聚乙烯醇膜和 透明纸在可见光区都保持着较高的透光率 . 进一步说 明了聚乙烯醇基体对纳米纤维素纸的填充和表面抛光 3. 3 力学性能分析 样品的应 力 应 变 曲 线 如 图 4 所 示. 样 品 的 力 学 G 性能如表 1 所示 . 作用有利于纳米纤维素纸光学透明性的改善 .
图 1 纳米纤维素纤维的 T EM 图 F i EMi m a eo fN F C g1T g
3. 2 透光性能分析 样品的表观图片和透光率曲线如图 3 所示 . 图 3 中选用 A 得 利 集 团 有 限 公 司) 作为参照样 4复印纸( 纳米纸呈现出略 微 的 透 明 性 , 而经过抛光处理后的纳 米纸和聚乙烯 膜 相 似 , 都 呈 现 出 较 高 的 透 明 性. 结 合 ) 透光率曲线 ( 可 以 看 出, 聚 乙 烯 醇 膜、 纳米纸和透明 b
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