{首页主词},&

納米纖維素的應用：增強復合材料

2017-03-31 17:50:44 作者：本網整理來源：最有料在線分享至：

CNF増強聚合物復合材料

近年來，在利用CNF增強聚乙烯醇、聚乳酸、環氧樹脂、酚醛樹脂等聚合物方面取得了顯著的進展，CNF的引入使得聚合物的強度、模量、熱穩定性和熱膨脹性等都得到了明顯的改善，拓寬了聚合物的應用領域。

    CNF増強聚乙烯醇復合材料

    聚乙烯醇（簡稱PVA）是一種水溶性的線性高分子聚合物，具有較佳的強力粘接性、成膜性、平滑性等特點，但PVA薄膜在使用中也存在滑動性差、揚于溶脹乃至溶解等缺點，所以一般需對其進行改性增強處理。由于CNF與PVA極性相近，它們之間的界面相容性較好，使得利用CNF增強PVA引起了廣泛的興趣。

    CNF增強PVA復合材料的制備工藝簡單，通常是在一定條件下將CNF水懸液與PVA溶液混合，撹拌使CNF與PVA混合均勻，然后利用溶劑繞鑄法成膜，在常溫或控溫條件下將水分蒸發，即可制得CNF增強PVA復合材料。lu、cheng和chakrab等分別對CNF增強PVA復合材料的制備及性能進行了研究，所得復合材料的模量和強度都會隨著CNF含量的增加而提高，復合材料的熱穩定性也會隨著CNF含量的增加而略有提高，但CNF對PVA的結晶性能和復合材料的玻璃化轉變溫度（Tg）與溶點（Tm）的影響并不顯著。盡管CNF對PVA的增強效果沒有纖維素納米晶須的增強效果突出，但高長徑比、網狀纏結的CNF可在與PVA復合成膜時，進一步提高復合材料的軔性。

    CNF増強聚乳酸復合材料

    聚乳酸（簡稱PLA）具有良好的熱塑性，是現今為數不多的可與聚乙烯、聚丙稀等相比擬的生物大分子，且對人體無害、可生物降解，被認為新世紀最有前途的新型包裝材料之一。但PLA為線性熱塑性聚酯，存在強度不高、軟化溫度低等問題。利用CNF的納米網狀纏結結構增強PLA，可以克服其它增強體難以增韌的不足，既可提高PLA的強度，也可提高其抗沖擊載荷的能力。

    Yano研究組將CNF與PLA共溶于丙酮中或將PLA添加入CNF水懸油液中共同混合搗碎，待將溶劑排除后，分別采用不同的方式處理復合組分并將其模壓成型制得了性能優異的復合材料。其中，Nakagaito等采用類似造紙加工的方法制備CNF增強PLA復合膜，該法具有較快的排水時間，可以提高生產量，利于實現批量生產。

    Okubo等采用先將CNF與PLA復合組分磨細，然后利用雙螺桿擠出成型的方法也獲得了相容性較好的CNF增強PLA復合材料，并研發出了高性能的竹纖維/CNF/PLA多相復合材料。研究結果表明，CNF不僅在力學性能與熱學性能上對PLA起到了很好的增強作用，其特殊的網狀纏結結構對PLA也起到了很好的增初效果，復合材料的楊氏模量、儲存模量、熱擴展性、拉伸強度等均隨CNF含量的增加而增大。此外，CNF對PLA的結晶性能也有著十分重要的影響。

    CNF增強環氧樹脂復合材料

    環氧樹脂（EPOXY）具有粘結性好、穩定性強、易加工等特點，在膠點劑、涂料及復合材料等領域應用廣泛，但環氧樹脂也存在固化后交聯密度高、質脆、耐沖擊性較差等缺點。具有納米尺度的CNF可以與環氧樹脂形成充足的接觸面積，若能夠解決復合組分的界面相容問題，則可實現對環氧樹脂綜合性能增強的目的。

    LU等分別采用硅烷偶聯劑與鈦酸酷偶聯劑處理CNF表面，然后將環氧樹脂添加入CNF丙酮溶液中，之后繞鑄成膜，蒸發出丙酮溶劑，同時伴隨環氧樹脂的固化，制得了CNF增強環氧樹脂復合材料。結果表明，硅烷等偶聯處理劑中的無機基首先水解形成硅醇，然后與CNF表面的羥基反應，而偶聯劑的另一端的有機基與環氧樹脂間形成了牢固的化學結合，借助偶聯劑的橋梁作用，可實現CNF在環氧樹脂中的均勻分散。偶聯劑處理后的CNF與環氧樹脂間產生了較強的膠接作用，而CNF的結晶結構并沒有受到偶聯劑的影響，保證了CNF對環氧樹脂的增強效果。

    YANO等以細菌纖維素為原料，先將其模壓成薄片狀材料，然后在真空條件下將其浸淸于環氧樹脂之中，之后利用紫外光：固化復合組分，制得了高強度CNF增強環氧樹脂光透明材料，這一材料有望在液晶顯示器基底材料中獲得應用。

    增強酚醛樹脂復合材料

    酚醛樹脂（PF）是一種具有膠接強度高、耐水、耐熱等優點的熱塑性高分子材料，被廣泛用于膠粘劑、涂料等領域。但PF結構上的酚羥基和亞甲基容易氧化，使其耐熱性和耐氧化性受到影響，固化后的PF因芳核間僅由亞甲基相連而顯脆性。

    因此，提高PF的韌性及耐熱性對開拓其應用領域具有十分重要的研究意義。

    利用CNF增強PF制備復合材料，近年來受到較多關注，主要制備方法為首先通過抽濾水CNF懸液除去大量水分，制得一定幅面的小薄片，然后浸績酌醛樹脂，利用先減壓后加壓的方法將樹脂充分注入到CNF小薄片內部，最后將多層薄片層疊熱壓制得CNF增強PF復合材料。NAKA等分別研究了CNF網絡結構、形態、含量堿處理等條件對復合材料的力學性能與熱性能的影響。結果表明，CNF與PF的膠接面積十分充分，復合材料的熱性能與力學性能會隨著CNF尺度的降低、含量的提高及一定程度上堿液濃度的升高而提高。除了對PF起到增強作用外，高長徑比的CNF還在PF中彼此間相互纏結成網狀結構，對復合材料也起到了一定的增軔作用，復合材料的屈服應力及屈服應變都有了相應的提高，其強度可達到商業鎂合金的水平。