纳米纤维素基超疏水纳米纸制备研究

作     者：刘畅 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李永峰

授予年度：2017年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 082201[工学-制浆造纸工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：紫穗槐 纳米纤维素 纳米纸 纳米二氧化硅 超疏水 

摘      要：近年来,随着科技的发展,人类社会的工业化水平越来越高,人们对于材料的要求也越来越高,而以石油、煤炭、天然气为代表的石化材料存在不可持续发展的问题,且这类能源材料的大量使用也会严重影响我们的生态环境,因此,高效开发利用一些可持续发展、生物相容、清洁环保的生物质材料成为了材料研究的热点,由于大部分生物质材料存在防水性较差、易翘曲变形等缺点,这大大限制了生物质材料的应用。纤维素作为一种储量丰富、来源广泛的生物质材料,具有环保、可再生等优点,但当前纤维素的利用普遍存在工业附加值较低、防水性较差的问题,这严重制约了它的高附加值利用。为进一步探索出纤维素材料改性的新方法,本研究利用有机-无机复合方法,以紫穗槐为原料制备了生物质纳米纤维素,并与纳米二氧化硅结合,构建了微纳米层级结构的复合材料,并对其进行疏水处理,得到超疏水纳米纸。通过微观结构表征和性能测试分析了内部微观结构、杂合效果和性能,得出如下主要研究结果:(1)以紫穗槐为原料,先进行化学预处理,然后通过高速研磨和高压均质机械处理,得到了直径尺寸主要为7-14 nm、长径比1000、结构精细均匀的纳米纤维素。其结晶度高达54.67%,最大热解速率温度为336℃,是一种较理想的生物质纳米材料。(2)以纳米纤维素为原料,通过真空抽滤方法,成功制备了纳米纸。扫描电镜观察知,纳米纸表面平整,断面呈明显的层状结构,层与层之间为空间网缠结构。纳米纸具有良好的光学性能和力学性能,透光率高达90%,力学拉伸强度为59 MPa。(3)利用正硅酸乙酯,通过溶胶-凝胶方法制备出了纳米二氧化硅,直径约为350-400 nm;将纳米二氧化硅与纳米纤维素混合,经真空抽滤以及疏水处理,制备出了超疏水纳米纸;经工艺研究知,当两者质量配比达到1:1时,纳米纸静态接触角约为150°,初步可达到超疏水效果。