不同来源纤维素制备全纤维素复合材料的机制探讨

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmf0140
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纤维素是地球上最丰富的天然可再生资源,并且具有可降解、环境友好、低成本等优点,因此被广泛应用,其复合材料的制备及应用成为各国研究的热点。我国玉米产量在2020年高达2.6亿吨,产生了约3.12亿吨的玉米秸秆,但这些秸秆并未得到充分利用。中国于1890年引进桉木,思茅松也被广泛种植于云南、四川等地,在2017年,桉木的种植面积高达4.6×106 hm2,但大部分桉木和思茅松被广泛应用制浆造纸工业中并未得到充分利用。全纤维素复合材料是以再生纤维素为基质相,未溶解的纤维素为增强相的一种高强度和高刚度的复合材料。其制备方法主要通过将高度结晶的纤维素完全浸入溶剂的完全溶解方法和纤维素不完全溶解的条件下与溶剂混合的部分溶解方法。本论文以玉米秸秆皮、桉木和思茅松为纤维素原料,通过部分溶解的方法,制备全纤维素复合材料,结果如下:(1)玉米秸秆皮通过碱法制浆,桉木浆板和思茅松浆板购买于云南林业造纸公司,以上几种纤维原料通过酸性亚氯酸钠法进一步脱除木素及深度碱抽提去除半纤维素,获得纤维素。所获得的纤维素制备定量为60 g/m2的纸片。分别在浓度为10%、20%、30%和40%的ZnCl2溶液中通过部分溶解方法制备全纤维素复合材料,并在去离子水环境下进行再生,将所得材料进行表征。研究发现不同浓度ZnCl2溶液对全纤维素复合材料力学性能呈现先减后增的趋势,最佳部分溶解纤维素的浓度为40%浓度的ZnCl2溶液,其杨氏模量约为478 MPa,拉伸强度约为13 Mpa。(2)玉米秸秆皮、桉木和思茅松三种不同来源纤维素在低温下通过NaOH/Urea部分溶解纤维素/再生方式单片部分溶解纤维素,并在去离子水环境下将全纤维素复合材料洗至中性。研究发现4wt%、5wt%、6wt%、7wt%和8wt%浓度的NaOH/Urea溶液对全纤维素复合材料的力学性能有一定的积极影响,纤维素的结晶度和晶粒尺寸随着NaOH/Urea溶液浓度的增加而逐渐减小,最佳部分溶解纤维素的浓度为6wt%浓度的NaOH/Urea溶液,其杨氏模量约为7 GPa,拉伸强度约为33 MPa。(3)玉米秸秆皮、桉木和思茅松三种不同纸片分别在浓度为10%、20%、30%和40%的ZnCl2溶液中通过部分溶解方法制备全纤维素黏合材料。并在蒸馏水环境下再生,将所得材料进行表征。发现所有全纤维素黏合材料的力学性能均低于原始纤维素纸片。对于全纤维素黏合材料而言,随着ZnCl2溶液浓度的增加,力学性能逐渐增强,最佳玉米秸秆皮纤维素部分溶解纤维素的浓度为10%浓度的ZnCl2溶液,其杨氏模量约为476 MPa,拉伸强度约为4.6 MPa;思茅松纤维素部分溶解纤维素的浓度为30%浓度的ZnCl2溶液,其杨氏模量约为67 MPa,拉伸强度约为1.2 MPa;桉木纤维素部分溶解纤维素的浓度为40%浓度的ZnCl2溶液,其杨氏模量约为110 MPa,拉伸强度约为0.4 MPa。
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