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纤维素离子凝胶的制备及性能

复合材料学报 2021年第12期38卷 4247-4254页

作者：陈裙凤刘茜杨嘉玮陶涛陈礼辉倪永浩李建国福建农林大学材料工程学院福州350108 植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

开发高性能的导电凝胶已经成为推动柔性电子设备进一步发展的基石。以天然纤维素为凝胶骨架,以离子液体为导电介质,通过加热溶解-冷却凝胶化过程可以制备高性能的绿色离子液体-纤维素复合凝胶(CGel)。复合凝胶中的纤维素基体呈现三维网... 详细信息

开发高性能的导电凝胶已经成为推动柔性电子设备进一步发展的基石。以天然纤维素为凝胶骨架,以离子液体为导电介质,通过加热溶解-冷却凝胶化过程可以制备高性能的绿色离子液体-纤维素复合凝胶(CGel)。复合凝胶中的纤维素基体呈现三维网络结构,并包含大量的孔洞,可以有效吸附和储存离子液体,实现离子液体在纤维素基体中的均匀分布。纤维素离子复合凝胶具有较高的模量(G′>G″)、优异的透明度(88%)、良好的电学性能(2.2 mS/cm)及柔韧性。进一步通过高温加热-冷却凝胶化过程能够实现纤维素离子凝胶体系的再循环生产过程。纤维素离子凝胶展现了对水分子的高度敏感性,其电导率正比于工作湿度,有望应用于环境湿度及人体皮肤状况的高效监督检测。

关键词：导电凝胶纤维素离子液体氢键环境友好

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卡拉胶/聚(N-异丙基丙烯酰胺)基热致变色凝胶的构建与应用

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复合材料学报 2022年第12期39卷 5966-5972页

作者：刘洋林振辉陶涛苗庆显李建国福建农林大学材料工程学院福州350108 植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

刺激变色材料的动态透明-不透明转变行为使其具有太阳光调制能力,可以降低建筑物的能源消耗。然而,这些材料通常涉及高生产成本、操作复杂性及额外电能消耗等问题。在此,通过分散聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)凝胶微球到卡拉胶(KCA)基质... 详细信息

刺激变色材料的动态透明-不透明转变行为使其具有太阳光调制能力,可以降低建筑物的能源消耗。然而,这些材料通常涉及高生产成本、操作复杂性及额外电能消耗等问题。在此,通过分散聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)凝胶微球到卡拉胶(KCA)基质中,制备一种低成本且具有优异太阳光调制能力和高稳定性的复合凝胶(KCA/PNIPAM)。其中,KCA具有多孔的3D网络结构,可以有效管控PNIPAM微球,实现PNIPAM在凝胶体系中的均匀分散,并能够抑制PNIPAM微球的团聚沉降行为。KCA/PNIPAM凝胶展示出优异的太阳光调制能力(ΔT=86%,不同温度下透光率之差),在暴露到氙灯和太阳光照射中,KCA/PNIPAM智能窗较普通玻璃窗可分别降低温度5℃和4℃。总之,KCA/PNIPAM具有响应温度低(31.7℃)、太阳光调制能力优异、稳定性持久、成本低及制造简单等优点,使之能够成为节能建筑材料的潜在候选者。

关键词：热致变色凝胶聚(N-异丙基丙烯酰胺) 卡拉胶太阳光调制能力智能窗

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纤维素导电基底及其柔性电子器件的研究进展

复合材料学报 2021年第8期38卷 2428-2445页

作者：陶涛陈裙凤郑亦玲黄六莲陈礼辉欧阳新华李建国福建农林大学材料工程学院福州350108 植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

纤维素是自然界中含量丰富且可再生、可降解的天然材料。本文综述了物理、化学、生物或相结合的技术对纤维素的影响作用及可制备的纤维素基元材料,例如纤维素纤维、纳米纤维素和纤维素分子。基于纤维素纤维,利用湿法造纸技术可以生产具... 详细信息

纤维素是自然界中含量丰富且可再生、可降解的天然材料。本文综述了物理、化学、生物或相结合的技术对纤维素的影响作用及可制备的纤维素基元材料,例如纤维素纤维、纳米纤维素和纤维素分子。基于纤维素纤维,利用湿法造纸技术可以生产具有高孔隙率的纤维素纸张基底;基于纳米纤维素,利用真空抽滤或涂布等方式可制备具有低表面粗糙度及高透明度的纳米纤维素膜基底;基于纤维素分子,利用涂布或铸涂等方式可生产具有均一的表面形态及高透明度的再生纤维素膜基底。本文进一步分析了常用的导电材料(金属导电材料、聚合物导电材料及碳基导电材料等)及其与纤维素基底结合的方法(涂布、沉积、原位聚合、自组装等),进而可以制备柔韧轻质的纤维素导电基底。基于高性能的纤维素导电基底可以组装柔性电子器件,在光电转化、能量储存及电磁屏蔽等领域展现了广阔的应用前景。总之,利用天然纤维素制备柔性电子器件对于扩大纤维素的应用范围、提升纤维素的利用价值及推动柔性电子器件的进一步发展具有重要意义。

关键词：纤维素纤维素纸张纳米纤维素膜再生纤维素膜导电材料柔性电子器件

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纤维素基水凝胶研究进展

高分子通报 2025年第1期 41-57页

作者：宁良允蒋军张代晖南京林业大学材料科学与工程学院中国林业科学研究院林产化学工业研究所国家林业和草原局林产化学工程重点实验室江苏省生物质能源与材料重点实验室

纤维素基水凝胶是一种基于天然高分子纤维素的三维网络亲水性聚合物，具有良好的生物相容性、高保水性、生物可降解性等特性。随着绿色低碳化发展理念的提出，可持续的天然聚合物材料已成为研究热点。纤维素基水凝胶作为天然聚合物的代... 详细信息

纤维素基水凝胶是一种基于天然高分子纤维素的三维网络亲水性聚合物，具有良好的生物相容性、高保水性、生物可降解性等特性。随着绿色低碳化发展理念的提出，可持续的天然聚合物材料已成为研究热点。纤维素基水凝胶作为天然聚合物的代表，在软材料领域备受关注。本文总结了纤维素基水凝胶的交联制备方法，主要有物理交联和化学交联。据此，介绍了纤维素基复合水凝胶在生物医药、柔性电子、食品工业、环境保护和生物工程等5个领域的功能化应用。随着研究不断深入，纤维素基水凝胶将在未来更多领域具备广阔的应用前景。

关键词：纤维素水凝胶物理交联化学交联功能化应用

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聚丙烯腈基碳纤维增强结构用桉木单板层积材的研制

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林业工程学报 2023年第4期8卷 59-65页

作者：徐煜炜侯伦灯福建农林大学材料工程学院植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

用普通桉木单板研究开发高强结构用木质复合材料,解决当前桉木因材性较差难以适应结构用材的需求及普通单板层积材弹性模量与静曲强度指标大多维持在120E~140E的较低水平等问题,开拓新型结构用单板层积材的应用市场。运用复合材料层合... 详细信息

用普通桉木单板研究开发高强结构用木质复合材料,解决当前桉木因材性较差难以适应结构用材的需求及普通单板层积材弹性模量与静曲强度指标大多维持在120E~140E的较低水平等问题,开拓新型结构用单板层积材的应用市场。运用复合材料层合板理论、界面结合理论研制聚丙烯腈(PAN)基碳纤维增强结构用单板层积材(SLVL),采用正交试验方法探究产品结构与工艺因素对复合板材各项理化性能的影响,以及分析碳纤维铺设率对力学性能的影响规律。结果表明:PAN基碳纤维增强复合材料效果显著,各理化性能均呈提高的趋势但增幅不一。热压压力对板材浸渍剥离性能和水平剪切强度影响显著,纳米SiO_(2)添加与碳纤维层数及铺设结构对性能有较大影响。各工艺因素对弹性模量和静曲强度的影响趋势及较优水平基本一致,但方差分析显示试验范围各因素变化产生的影响不显著。优化工艺参数为碳纤维层数2层、纳米SiO_(2)2.5%、热压时间1.25 min/mm、热压压力2.0 MPa。为提高材料利用效率并降低成本,碳纤维铺设率的提高有利于SLVL力学性能的提升,铺设率从30%增大到50%时,各项性能的提高幅度较大,继续增至70%时提高幅度有所下降,趋势表明选择适当的铺设率可以达到合理利用与成本控制的目的。

关键词：桉木聚丙烯腈基碳纤维结构用单板层积材铺设率理化性能

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壳聚糖/聚乙烯醇的流变行为及其可纺性研究

林产化学与工业 2023年第5期43卷 25-31页

作者：曾文超孙浩东张宗威李建国陈礼辉福建农林大学材料工程学院福建福州350108 植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福建福州350108

采用乙酸(HAc)作为溶剂,配制壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)纺丝液,探究纺丝液稳态流变和动态流变性能并考察其静电纺丝的可行性。研究结果表明:随着CS质量分数的增加,纺丝液的稠度系数、结构黏度指数、表观黏度、储能模量(G′)、损耗模量(G... 详细信息

采用乙酸(HAc)作为溶剂,配制壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)纺丝液,探究纺丝液稳态流变和动态流变性能并考察其静电纺丝的可行性。研究结果表明:随着CS质量分数的增加,纺丝液的稠度系数、结构黏度指数、表观黏度、储能模量(G′)、损耗模量(G″)和复合黏度(η*)均相应增加,非牛顿指数相应减小,不利于CS/PVA纺丝液静电纺丝。随着测试温度的增加,纺丝液的稠度系数、结构黏度指数、表观黏度、G′、G″和η*均相应减小,非牛顿指数相应增加,纺丝液流动性能加强,可纺性提升。当CS质量分数为3.0%时,纺丝液在测试温度30℃下的稠度系数和结构黏度指数均较小,分别为7.9781和2.16,且非牛顿指数为0.8877接近于1,表明该纺丝液具有良好的流动性和加工性。结合SEM和流变行为分析,在室温条件下CS质量分数为3.0%的CS/PVA纺丝液呈现优异的可纺性,可以构建连续、均匀且不带珠状连结的纳米纤维。

关键词：壳聚糖稳态流变性能动态流变性能静电纺丝纳米纤维

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竹原长纤维制备及其增强聚丙烯复合材料研究

林业工程学报 2021年第5期6卷 96-103页

作者：赵鹤苗庆显黄六莲周吓星陈礼辉福建农林大学材料工程学院植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350002

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压... 详细信息

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压工艺参数和LBF添加量对LBF/PP复合材料物理力学性能的影响,确定较佳的热压工艺和原料配方。实验结果表明:在处理温度100℃条件下,采用10%(质量分数)氢氧化钠、处理时间180 min的工艺预处理制得的LBF较竹片中的纤维素含量增加,木素含量下降,结晶度增大;LBF纤维平均长度为25.79 mm,长径比为173.02∶1.00,拉伸强度和拉伸模量分别为584.85 MPa和45.41 GPa。热压温度190℃、热压压力8 MPa、热压时间20 min、LBF质量分数为50%时,LBF/PP复合材料力学性能和耐水性能较佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到31.55 MPa、46.11 MPa、2833.80 MPa和28.55 kJ/m^(2),24 h的吸水率和厚度膨胀率分别为14.19%和8.11%,可应用于硬质仪表板、杂物箱等汽车内饰件。扫描电镜结果显示,纤维表面粗糙,热压过程使熔融状态的PP渗透到LBF表面的孔隙,形成较好的物理机械结合。

关键词：竹原长纤维竹塑复合材料聚丙烯热压工艺力学性能

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竹纤维素的制备及其功能化材料研究进展

林业工程学报 2021年第4期6卷 1-13页

作者：陈礼辉曹石林黄六莲吴慧胡会超刘凯林珊福建农林大学材料工程学院植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

我国竹子资源丰富,产量大,但竹产业整体加工水平不高,传统竹产品技术含量低,市场竞争力弱。从竹纤维素利用的角度,综述了竹子纤维素的分离技术,包括预水解技术、蒸煮技术、漂白技术、漂白化学竹浆选择性去除半纤维素升级制备溶解浆技术... 详细信息

我国竹子资源丰富,产量大,但竹产业整体加工水平不高,传统竹产品技术含量低,市场竞争力弱。从竹纤维素利用的角度,综述了竹子纤维素的分离技术,包括预水解技术、蒸煮技术、漂白技术、漂白化学竹浆选择性去除半纤维素升级制备溶解浆技术;溶解技术,包括CS_(2)/NaOH溶剂体系、金属络合物溶剂体系、碱/尿素和碱/硫脲溶剂体系、NMMO/H_(2)O溶剂体系、离子液体溶剂体系、LiCl/DMAc溶剂体系及功能化利用技术方面的研究进展情况。根据竹纤维素具有可再生、可降解、生物相容性好、亲水性强、机械性能和耐热性能优良等特点,重点介绍了当前国内外利用竹纤维素制备高档纺织材料、过滤膜材料、生物医用材料和光电材料等方面的研究进展情况。最后,结合笔者的研究经历,就竹纤维素材料开发利用方面存在的问题及其未来研究重点和方向阐述了自己的观点,以期为探索绿色、低碳、环保的竹资源利用新技术,开发高技术含量和高附加值竹产品提供借鉴,促进我国竹产业结构升级转型和可持续发展。

关键词：竹纤维素分离溶解功能化纺织材料过滤膜材料

木质素熔融沉积式3D打印的分子结构-流变学响应关系研究进展

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材料导报 2024年第11期38卷 304-311页

作者：姜波焦欢郭新宇金永灿南京林业大学江苏省林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 植物纤维功能材料国家林业和草原局重点实验室福州350108

木质素作为自然界储量最大的可再生芳香族生物质资源,开发其高值化加工利用技术是林业生物质产业转型升级的重要途径。近年来,基于3D打印技术制备高性能木质素基复合材料的研究发展迅速。木质素的3D打印可快速、高效构建具有特定功能特... 详细信息

木质素作为自然界储量最大的可再生芳香族生物质资源,开发其高值化加工利用技术是林业生物质产业转型升级的重要途径。近年来,基于3D打印技术制备高性能木质素基复合材料的研究发展迅速。木质素的3D打印可快速、高效构建具有特定功能特性的复合材料,且可灵活调控木质素基复合材料的宏观、微观结构,以使其满足能量传输、药物递送和个性化医疗等需求。然而,由于木质素分子结构复杂多变、分子量分布宽、脆性大等特点,木质素的分子结构-流变学响应关系仍缺乏系统研究,限制了木质素基复合材料的进一步开发和应用。本文基于近年来木质素熔融沉积式3D打印的发展现状,系统总结了木质素分子结构与其熔融流变学的响应关系。首先介绍了木质素的分子结构特性和熔融沉积式3D打印技术,然后重点对比分析了不同木质素分子结构、木质素与热塑性高聚物的共混对其熔融流变学特性和打印性的影响,最后总结了木质素熔融沉积式3D打印面临的挑战,并对木质素熔融沉积式3D打印的发展方向进行了展望,通过更好地理解木质素熔融流变学的构-效关系,促进木质素的高值化利用。

关键词：木质素熔融沉积打印分子结构熔融流变学构-效关系