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无机质增强木材研究进展与发展趋势

材料导报 2019年第17期33卷 2989-2996页

作者：周亚李萍左迎峰袁光明李贤军吴义强中南林业科技大学材料科学与工程学院

将人工林木材进行增强改性是改良木材材性和缓解木材供需矛盾的重要方法。由于常用有机物质增强木材存在环境污染和性能缺陷等问题,而无机质改性木材具有良好的力学性能、阻燃性能和耐腐性能,能最大限度地保留木材的视觉环境学特性,且... 详细信息

将人工林木材进行增强改性是改良木材材性和缓解木材供需矛盾的重要方法。由于常用有机物质增强木材存在环境污染和性能缺陷等问题,而无机质改性木材具有良好的力学性能、阻燃性能和耐腐性能,能最大限度地保留木材的视觉环境学特性,且其具有价格低廉、天然无毒等优良特性,逐渐成为研究者们的关注重点。本文介绍了无机质增强木材机理及特性,阐述了无机质增强木材的五种方法:直接浸注法、双剂扩散法、溶胶-凝胶法、插层复合法和其他方法,并分析了五种方法对改性木材性能的影响。提出了超声波辅助与无机质结合增强木材、无机-有机杂化和原位浸渍法增强木材的发展趋势,并指出了无机质增强木材研究仍需解决的问题。

关键词：人工林木材无机质增强直接浸注法双剂扩散法溶胶-凝胶法插层复合法

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KLPAAM复合高吸水树脂吸附

化工学报 2011年第4期62卷 1162-1169页

作者：何新建谢建军张绘营韩心强吴义强中南林业科技大学材料科学与工程学院

采用自制高岭土/木质素磺酸钠接枝丙烯酸-丙烯酰胺复合高吸水树脂(KLPAAM),测定了其在CuCl2、ZnCl2溶液中的吸附性能;通过FTIR、TG、SEM及吸附动力学方程模拟,对其吸附机理进行了探讨。KLPAAM对Cu2+的吸附量随Cu2+初始浓度的增加先增大... 详细信息

采用自制高岭土/木质素磺酸钠接枝丙烯酸-丙烯酰胺复合高吸水树脂(KLPAAM),测定了其在CuCl2、ZnCl2溶液中的吸附性能;通过FTIR、TG、SEM及吸附动力学方程模拟,对其吸附机理进行了探讨。KLPAAM对Cu2+的吸附量随Cu2+初始浓度的增加先增大后减小,而对Zn2+的吸附量随Zn2+初始浓度增加而增加,最后达到平衡,与Zn2+初始浓度的关系符合Langmuir方程;对Cu2+和Zn2+的最大吸附量分别为180 mg.g-1和169 mg.g-1。KLPAAM对金属离子的吸附与溶液pH值密切相关:当pH>2.5后,吸附量随溶液pH值的增大而增大;pH>5.5以后吸附量随溶液pH值的增大而减小。KLPAAM对Cu2+、Zn2+的吸附量与吸附时间的关系可用拟二级吸附速率方程描述。

关键词：复合高吸水树脂木质素丙烯酸丙烯酰胺接枝共聚吸附机理

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生物质基温敏智能材料的研究进展

材料导报 2019年第19期33卷 3336-3346页

作者：刘德乡刘武叶志会吴志平中南林业科技大学材料科学与工程学院

温敏材料是重要的智能材料之一。虽然温敏均聚物具有良好的环境敏感性能,但其力学性能无法满足使用要求,且部分温敏均聚物的最低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)难以改变,从而限制了其应用领域。当温敏聚合物... 详细信息

温敏材料是重要的智能材料之一。虽然温敏均聚物具有良好的环境敏感性能,但其力学性能无法满足使用要求,且部分温敏均聚物的最低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)难以改变,从而限制了其应用领域。当温敏聚合物与其他基材复合或接枝共聚时,可以有效提升温敏材料的力学性能,同时通过改变物料组成及配比可以调节温敏材料的临界温度,拓展其应用范围。制备温敏智能材料的原料大多来源于不可再生的石油资源,随着石油资源日渐匮乏,人们逐渐将目光转移到其他资源。生物质作为可再生资源,广泛存在于自然界中,具有资源丰富、可持续利用的优点,特别是其含有羟基、胺基、醚键和羧基等活性官能团,可以提供多种活性位点,与温敏单体接枝共聚来制备温敏材料,是一种很好的温敏材料基材。已成功应用在生物质温敏智能材料中的生物质原料包括纤维素、纤维素醚、半纤维素、木质素、壳聚糖等。然而,制备生物质基温敏智能材料的接枝共聚方法单一,传统的自由基共聚制备的温敏材料存在温度响应范围窄、产生温敏均聚物较多且难分离以及制备的材料形态单一等问题。生物质温敏材料的接枝共聚方法已经从最初的以引发剂引发的普通自由基聚合发展到可控性较强的光引发自由基聚合、原子转移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization,ATRP)、单电子转移活性自由基聚合(Single election transfer living radical polymerization,SET-LRP)、可逆加成-断裂链转移法(Reversible addition-fragmentation chain transfer,RAFT)等接枝共聚方法。温敏接枝单体较多,其中研究最多的为N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,NIPAM),其具有明确的临界溶解温度,且最低临界溶解温度与人体温度相差不大,它与生物质材料一起制备的温敏性膜、温敏性水凝胶和温敏性微球等在药物释放、组织工程和工农业等方面具有广泛的应用。本文详细归纳了生物质大分子制备温敏材料的方法,对这些接枝共聚方法的特点进行总结,同时介绍了制备温敏材料涉及的温敏物质、温度响应机理以及生物质基温敏智能材料的应用,最后总结了现阶段生物质基温敏智能材料制备及应用中存在的难点,并对未来的技术发展进行了展望。

关键词：生物质温敏性智能材料自由基聚合

硅丙乳液对镁系无机胶黏剂性能和微结构的影响

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材料导报 2017年第18期31卷 49-54+76页

作者：肖俊华左迎峰吴义强刘文杰吴志平孟陶陶中南林业科技大学材料科学与工程学院

以硅丙乳液为改性剂,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析了添加量对镁系无机胶黏剂复合板材力学强度、耐水性能、阻燃性能和镁系无机胶黏剂凝固时间的影响原因。结果表明:硅丙乳液与镁系无机胶黏剂可以形成有机无机的互穿... 详细信息

以硅丙乳液为改性剂,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析了添加量对镁系无机胶黏剂复合板材力学强度、耐水性能、阻燃性能和镁系无机胶黏剂凝固时间的影响原因。结果表明:硅丙乳液与镁系无机胶黏剂可以形成有机无机的互穿网络结构;随着添加量增大,硅丙乳液的成膜性增强,使镁系无机胶黏剂的黏结性能及材料的整体性增加,复合板材力学性能增强,耐水性能提高;添加量增加的同时也会延缓镁系无机胶黏剂的凝固时间,但不会对镁系无机胶黏剂的晶相组成产生影响;此外,镁系无机胶黏剂还赋予秸秆板较好的阻燃抑烟特性,硅丙乳液的添加对复合板材的阻燃性能没有明显影响。

关键词：镁系无机胶黏剂硅丙乳液力学强度耐水性能凝固时间阻燃性能

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硅镁凝胶对杉木的强化及固着机制研究

光谱学与光谱分析 2022年第8期42卷 2437-2443页

作者：张源毕小茜李萍李贤军袁光明左迎峰中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

硅镁凝胶浸渍改性杉木在物理力学性能方面提升较佳,探究硅镁凝胶在杉木中的固着性能和机制,对后续研究与创新具有一定意义。以硅镁凝胶为改性药剂,人工林杉木为基材,浸渍干燥后制得改性杉木。通过FTIR和XPS分析杉木素材和改性杉木的化... 详细信息

硅镁凝胶浸渍改性杉木在物理力学性能方面提升较佳,探究硅镁凝胶在杉木中的固着性能和机制,对后续研究与创新具有一定意义。以硅镁凝胶为改性药剂,人工林杉木为基材,浸渍干燥后制得改性杉木。通过FTIR和XPS分析杉木素材和改性杉木的化学成分和结合方式,并对硅镁凝胶在木材中的分布以及改性杉木的渗透性进行探讨。实验结果表明:硅镁凝胶浸渍改性杉木的物理力学性能得到明显改善,密度均达到0.5 g·cm^(3)以上,抗压强度和抗弯强度相比杉木素材分别提升了99.73%和58.48%,端面硬度从3659 N提升到5843 N,基本已达到中等木材的性能指标。EDS结果证明药剂在杉木细胞腔中填充状况良好,Si,O,Na和Mg等主要元素与浸渍药剂硅镁凝胶相符且分布均匀。对浸洗前后的改性杉木试样和素材分别进行分层XPS测试,改性材的O/C增大,各元素在不同深度的含量十分接近,硅镁凝胶在杉木中分布均匀,具有良好的渗透性;浸洗后Si元素含量稳定,而钠元素有所降低,可能是部分钠盐的溶解流失造成,且不同深度的元素含量变化趋于一致,改性杉木的抗流失性较好。相比于硅酸钠浸渍改性杉木,硅镁凝胶改性杉木在96 h流失率降低到10.8%,抗流失效果较好。FTIR测试结果表明硅酸钠溶液对杉木的木质素和半纤维素有破坏和脱出作用,对杉木的通透性有所改善,且更容易与药剂形成化学键结合。C,O和Si元素的XPS谱图结果表明,改性后C(1s)向低结合能偏移,性质更加稳定,O—H结合大量减少,Si—O结合增多,硅镁凝胶能够在杉木中形成稳定的Si—O—C化学结构,药剂能够在细胞壁上实现高效固着。研究结果为改性材的药剂流失性检测和固着性研究提供新的思路,为硅镁凝胶浸渍改性杉木后续研究提供一定的理论支持。

关键词：人工林杉木硅镁凝胶浸渍改性流失率固着机制

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聚丙烯酸/丙烯酰胺高吸水性树脂吸附性能

化工学报 2007年第7期58卷 1762-1767页

作者：谢建军梁吉福刘新容刘赛中南林业科技大学材料科学与工程学院流变力学与材料工程研究所湖南长沙410004 湘潭大学高分子材料研究所湖南湘潭411105

Poly(acrylic acid-co-acrylamide)(PAAAM)resin was prepared from acrylic acid(AA)and acrylamide(AM)by inverse suspension *** adsorption of metal ions on PAAAM resin differed greatly at different pH values and initial *** provided a theoretical basis for the application of PAAAM resin to separate transitional metal ions Cu2+,Ni2+,Co2+.The selectivity for competitive adsorption on PAAAM resin in Cu2+,Ni2+ and Co2+ binary and ternary mixed ion solutions were *** was found that there was higher selectivity on PAAAM resin for Cu2+ ions compared with other metal ions used in this study.

关键词：高吸水性树脂离子吸附反相悬浮聚合丙烯酸丙烯酰胺聚丙烯酸/丙烯酰胺

增容纳米纤维素/聚乳酸复合材料的制备与性能

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复合材料学报 2016年第12期33卷 2718-2724页

作者：袁彩霞罗卫华袁光明吴志平周钢杨素文中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

采用接枝共聚法制备了马来酸酐和丙烯酸丁酯双单体接枝聚乳酸(PLA)共聚物(mPLA),然后以mPLA为增容剂,通过溶液浇铸法制备纳米纤维素(NCC)/PLA复合材料。采用SEM、DSC、TG、广角X射线衍射(WXRD)、力学和降解性能测试研究了mPLA对NCC/PLA... 详细信息

采用接枝共聚法制备了马来酸酐和丙烯酸丁酯双单体接枝聚乳酸(PLA)共聚物(mPLA),然后以mPLA为增容剂,通过溶液浇铸法制备纳米纤维素(NCC)/PLA复合材料。采用SEM、DSC、TG、广角X射线衍射(WXRD)、力学和降解性能测试研究了mPLA对NCC/PLA复合材料的结构和性能的影响。结果表明:mPLA在PLA与NCC之间起到了良好的界面增容作用,促进了NCC在PLA基体中的分散。更精细分散的NCC促进了PLA的结晶成核,复合材料的结晶温度降低,结晶度提高;NCC/mPLA/PLA复合材料的力学性能随着mPLA含量增加呈先上升后下降的趋势,当mPLA含量为8%时,复合材料的拉伸强度和弹性模量与未添加mPLA的复合材料相比,分别提高了30.2%和41.4%;亲水性的NCC加速了NCC/PLA复合材料的降解,加入mPLA后,复合材料的降解速率有所减慢,但仍然快于纯PLA的降解。

关键词：聚乳酸纳米纤维素复合材料增容性能

乳酸接枝竹纤维/聚乳酸复合材料的制备与性能表征

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材料导报 2020年第20期34卷 20171-20176,20181页

作者：陈康何啸宇李文豪吴义强李新功左迎峰中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

以乳酸接枝竹纤维和聚乳酸为原料,甘油、柠檬酸酯和甲酰胺(质量比为2∶3∶1)的复配物为增塑剂,制得乳酸接枝竹纤维/聚乳酸(LA-g-BF/PLA)复合材料。探讨了残余乳酸、乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例、增塑剂用量、热压温度和热压时间对复合材... 详细信息

以乳酸接枝竹纤维和聚乳酸为原料,甘油、柠檬酸酯和甲酰胺(质量比为2∶3∶1)的复配物为增塑剂,制得乳酸接枝竹纤维/聚乳酸(LA-g-BF/PLA)复合材料。探讨了残余乳酸、乳酸接枝竹纤维/聚乳酸比例、增塑剂用量、热压温度和热压时间对复合材料力学性能及耐水性能的影响。同时,采用X射线衍射(XRD)仪、差示扫描量热(DSC)仪和热重分析(TGA)仪对复合材料进行了表征。结果表明,去除乳酸接枝竹纤维中的残余乳酸后,当乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的质量比为3∶7、增塑剂用量为10%、热压温度为170℃、热压时间为6 min时,LA-g-BF/PLA复合材料的综合性能最佳。随着乳酸接枝竹纤维与聚乳酸质量比的增大,复合材料冷结晶温度和冷结晶焓值逐渐降低,结晶度逐渐增大,说明乳酸接枝竹纤维与聚乳酸之间的相互依赖性变差。特别是当乳酸接枝竹纤维与聚乳酸的质量比超过3∶7后,复合材料的界面相容性迅速变差,进而导致LA-g-BF/PLA复合材料的耐热性能下降。

关键词：乳酸接枝竹纤维聚乳酸复合材料工艺优化界面相容性结晶结构耐热性能

氧化麦秸/聚乳酸复合材料力学性能的响应面工艺优化

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2065-2073页

作者：廖承钢阮久锠李新功左迎峰中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

为解决麦秸纤维/聚乳酸(WF/PLA)复合材料界面相容性较差的问题,以H2O2作为氧化剂处理麦秸,采用响应面试验法探究H2O2的pH、处理温度、质量比对氧化麦秸纤维(OWF)/PLA复合材料力学性能的影响,得到各因素对复合材料力学性能的影响规律。... 详细信息

为解决麦秸纤维/聚乳酸(WF/PLA)复合材料界面相容性较差的问题,以H2O2作为氧化剂处理麦秸,采用响应面试验法探究H2O2的pH、处理温度、质量比对氧化麦秸纤维(OWF)/PLA复合材料力学性能的影响,得到各因素对复合材料力学性能的影响规律。结果表明:pH和处理温度、pH和质量比、处理温度和质量比之间均表现出明显的交互作用。回归方程预测的最佳工艺参数如下:H2O2的pH为8.9,H2O2的处理温度为52.3℃,H2O2的质量比为2%。在此条件下,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为38.89 MPa和7.85%,较未改性前分别提高了15.64%和15.20%。FTIR结果表明,OWF中的部分羟基被H2O2氧化为羧基。SEM结果表明,OWF能够更好地与PLA进行结合,经过熔融共混后制备的复合材料之间具有更好的界面相容性。此外,XRD和DSC结果表明,H2O2的加入促进了聚合物的异相成核过程,使其结晶度有所提高。

关键词：麦秸纤维/聚乳酸复合材料力学性能氧化处理拉伸性能界面相容性响应面法