生物质纳米纤维的制备及其涂层的构筑与改性研究
发布时间：2022-01-15 21:09
随着废弃聚合物造成的环境问题日益严重,天然高分子材料因其可再生,可降解,储量丰富,被广泛研究和开发,以期替代传统聚合物。纤维素和甲壳素是世界上储量最丰富的天然高分子,来源广泛,具有良好的生物相容性。纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维分别是纤维素和甲壳素的衍生物,制备方式多种多样,不同的制备方式会产生不同尺寸,不同性能的纳米纤维素。就目前而言,国际上采用最多的制备方式为机械法和酸水解法。但是,机械法耗能大,而酸水解法会产生污染,这两种方法都不利于环境保护以及可持续发展战略。纳米纤维素因具有高比表面积,高拉伸强度等优异的性能被用来制备复合膜,高透明涂层等材料。本研究选取纯化的纸浆板为原料,利用马来酸酐酯化和超声波破碎的方法来制备纤维素纳米纤维,研究了干法、半干法和湿法三种不同酯化方式对纤维素纳米纤维尺寸的影响。随后,制备纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维悬浮液,并分别用不同浓度悬浮液在不同温度下制备涂层。最后,利用全氟辛酸以及全氟辛酸钠作为改性剂,对纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维进行改性并制备涂层。对比不同的改性方式以及改性后涂层的性能差异。通过扫描电子显微镜（SEM）,傅里叶变换红外光谱（FT-...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素结构图[6]
吉林大学硕士学位论文2图1.2甲壳素结构图[9]Fig1.2Thestructureofchitin[9]制备纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维的方法很多，主要有机械法，酸解法和化学改性的方法[13]。然而机械法耗能巨大，例如使用机械设备在分离纳米纤维的过程中，会消耗大约2104-3104千瓦/吨能量，在某些情况下甚至达到7104千瓦/吨能量[14]。酸水解法产生的废液会造成污染。因此，这两种传统的方法对环境都不友好。目前化学预处理结合机械处理的方法被广泛应用[15]。此外，纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维都具有质量轻，透明性高的优点[16]，所以二者都是制备透明涂层的优秀基材。化学改性制备的纳米纤维相较于天然的纳米纤维更易形成致密和均匀的涂层。但是，纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维的分子表面都存在大量的羟基和羧基，在湿润的环境中极易溶胀破坏涂层的性能，故而有必要对纳米纤维或者制备的涂层进行改性处理[17]。本研究以纯化的纸浆板为原料，马来酸酐为酯化剂，通过控制加水量来改变酯化条件，将酯化改性后的纤维素酯进行超声波后处理制备纤维素纳米纤维。之后，利用纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维作为基材，以透明玻璃载玻片为基底，制备纳米纤维透明涂层，并研究其各项性能。最后，对涂层进行改性处理，以期在不降低其透明性的前提下，通过改善涂层表面活性来改善表面润湿性。与此同时，对纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维进行改性处理，将改性后的纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维作为涂液，再次制备涂层，并研究其性能。研究的主要意义首先是能够为以纸浆或者废弃的天然高分子材料制备纳米纤维提供新的思路和借鉴，同时也为生物质纳米纤维制备光学涂层和表面改性提供新的参考。
吉林大学硕士学位论文4理生产纤维素纳米纤维的方法，通过超声波处理得到了直径为10nm–20nm，长度为50nm–250nm的杆状结构纤维素纳米纤维。由此可见，利用不同的原料，通过不同的预处理和分解方法可以获得具有不同性能特征的纤维素纳米纤维，例如直径，长度，结晶度指数和热分解温度等性能。这些制备纤维素纳米纤维的方法，虽然将酸水解法和机械法结合起来中和了只单纯利用单个方法造成的弊端，但是仍存在一些环境污染问题。图1.3木材中纤维素纳米纤维的分级结构[18]Fig1.3HierarchicalstructuresofCNFsinwood[18]图1.4纤维素纳米纤维的结构表征和制备方法时间轴[24]Fig1.4TimelineofthestructuralcharacterizationandpreparationmethodsofCNFs[24]1.2.2甲壳素纳米纤维的制备研究现状甲壳素纤维广泛分布在节肢动物的外骨骼，软体动物和真菌中，其微纤维嵌入在蛋白质和矿物质中[37,38]。纤维素和甲壳素是自然界中存量和分布最广的天然高分子材料。甲壳素纤维作为一种材料引起人们的兴趣始于20世纪20年代，当时市场对低成本纤维的压力促进了人造丝的研究，不久，人造丝被合成聚合物纤维所取代[39]。自20世纪70年代以来，与甲壳素最相关的化学实体化合物壳聚糖
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂层附着力测试方法分析比较[J]. 江水旺,陶乃旺,王华清. 上海涂料. 2015(07)
[2]结构化仿生表面的制备及其应用[J]. 钱嘉斌,刘德荣,沈彬,吴忠,胡文彬,刘磊. 功能材料. 2015(08)
[3]马来酸酐酯化变性对淀粉浆料的影响[J]. 王苗,祝志峰. 纺织学报. 2013(05)
本文编号：3591326
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素结构图[6]
吉林大学硕士学位论文2图1.2甲壳素结构图[9]Fig1.2Thestructureofchitin[9]制备纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维的方法很多，主要有机械法，酸解法和化学改性的方法[13]。然而机械法耗能巨大，例如使用机械设备在分离纳米纤维的过程中，会消耗大约2104-3104千瓦/吨能量，在某些情况下甚至达到7104千瓦/吨能量[14]。酸水解法产生的废液会造成污染。因此，这两种传统的方法对环境都不友好。目前化学预处理结合机械处理的方法被广泛应用[15]。此外，纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维都具有质量轻，透明性高的优点[16]，所以二者都是制备透明涂层的优秀基材。化学改性制备的纳米纤维相较于天然的纳米纤维更易形成致密和均匀的涂层。但是，纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维的分子表面都存在大量的羟基和羧基，在湿润的环境中极易溶胀破坏涂层的性能，故而有必要对纳米纤维或者制备的涂层进行改性处理[17]。本研究以纯化的纸浆板为原料，马来酸酐为酯化剂，通过控制加水量来改变酯化条件，将酯化改性后的纤维素酯进行超声波后处理制备纤维素纳米纤维。之后，利用纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维作为基材，以透明玻璃载玻片为基底，制备纳米纤维透明涂层，并研究其各项性能。最后，对涂层进行改性处理，以期在不降低其透明性的前提下，通过改善涂层表面活性来改善表面润湿性。与此同时，对纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维进行改性处理，将改性后的纤维素纳米纤维和甲壳素纳米纤维作为涂液，再次制备涂层，并研究其性能。研究的主要意义首先是能够为以纸浆或者废弃的天然高分子材料制备纳米纤维提供新的思路和借鉴，同时也为生物质纳米纤维制备光学涂层和表面改性提供新的参考。
吉林大学硕士学位论文4理生产纤维素纳米纤维的方法，通过超声波处理得到了直径为10nm–20nm，长度为50nm–250nm的杆状结构纤维素纳米纤维。由此可见，利用不同的原料，通过不同的预处理和分解方法可以获得具有不同性能特征的纤维素纳米纤维，例如直径，长度，结晶度指数和热分解温度等性能。这些制备纤维素纳米纤维的方法，虽然将酸水解法和机械法结合起来中和了只单纯利用单个方法造成的弊端，但是仍存在一些环境污染问题。图1.3木材中纤维素纳米纤维的分级结构[18]Fig1.3HierarchicalstructuresofCNFsinwood[18]图1.4纤维素纳米纤维的结构表征和制备方法时间轴[24]Fig1.4TimelineofthestructuralcharacterizationandpreparationmethodsofCNFs[24]1.2.2甲壳素纳米纤维的制备研究现状甲壳素纤维广泛分布在节肢动物的外骨骼，软体动物和真菌中，其微纤维嵌入在蛋白质和矿物质中[37,38]。纤维素和甲壳素是自然界中存量和分布最广的天然高分子材料。甲壳素纤维作为一种材料引起人们的兴趣始于20世纪20年代，当时市场对低成本纤维的压力促进了人造丝的研究，不久，人造丝被合成聚合物纤维所取代[39]。自20世纪70年代以来，与甲壳素最相关的化学实体化合物壳聚糖
【参考文献】：
期刊论文
[1]涂层附着力测试方法分析比较[J]. 江水旺,陶乃旺,王华清. 上海涂料. 2015(07)
[2]结构化仿生表面的制备及其应用[J]. 钱嘉斌,刘德荣,沈彬,吴忠,胡文彬,刘磊. 功能材料. 2015(08)
[3]马来酸酐酯化变性对淀粉浆料的影响[J]. 王苗,祝志峰. 纺织学报. 2013(05)
本文编号：3591326
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