BTCA交联纳米纤维素气凝胶的结构及性能

编号 zgly0001631909

文献类型 期刊论文

文献题名 BTCA交联纳米纤维素气凝胶的结构及性能

作者 郭丽敏  陈志林  吕少一  王思群 

作者单位 中国林业科学研究院木材工业研究所  美国田纳西大学可再生碳中心 

母体文献 林业科学 

年卷期 2018年04期

年份 2018 

分类号 O648.17 

关键词 纳米纤维素  气凝胶  1  2  3  4-丁烷四羧酸(BTCA)  化学交联 

文摘内容 【目的】制备基于1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）的化学交联型纳米纤维素（CNF）气凝胶,研究交联程度对CNF气凝胶化学结构、微观形貌和物理力学性能的影响规律,为下一步功能型CNF气凝胶的开发奠定基础。【方法】配制不同质量比的CNF与BTCA混合水悬浮液,采用常规冷冻干燥和后交联方法制备出具有不同交联结构的CNF气凝胶,利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和全自动比表面积孔径分析仪对气凝胶的化学结构、微观形貌、比表面积和孔径分布进行表征分析,并测试其力学性能。【结果】1)与纯CNF气凝胶相比,BTCA交联型CNF气凝胶的FTIR和XPS谱图形态均发生明显变化,FTIR谱图中羟基（—OH）吸收峰减弱而羰基（C=O）吸收峰增强,XPS谱图中C1s的C1、C2、C3能谱均有较大幅度变化,并且拟合出C4（O—C=O）能谱。2)CNF气凝胶经BTCA交联后,其孔结构由原来的缝形孔变为相对规整的柱状孔。随着BTCA含量增加,其比表面积和总孔容逐渐减小,当m（CNF）/m（BTCA）为10/1时,CNF气凝胶的比表面积和总孔容分别从原来的62.8 m2·g-1、0.21 cm3·g-1减小到35.5 m2·g-1、0.098 m2·g-1,降低了将近一半;当m（CNF）/m（BTCA）达到10/4时,CNF气凝胶的整体结构变疏松、易掉渣,出现明显酯化现象。3)纯CNF气凝胶的密度仅5.76 mg·cm-3,在100 g载荷下的压缩率高达62.4%,压缩回弹率仅30%。随着BTCA含量增加,其密度和压缩回弹率逐渐增大,压缩率则逐渐减小,当m（CNF）/m（BTCA）为10/1时,CNF气凝胶仍表现出较低的密度(7.67 mg·cm-3),压缩率略微下降（56.8%）,但压缩回弹率显著增加（80.8%）;当m（CNF）/m（BTCA）达到10/4时,CNF气凝胶的密度增加到9.54 mg·cm-3,其压缩率（下降到34%）和回弹率（增加到95%）均发生了显著变化。【结论】BTCA使CNF气凝胶形成化学键结合的交联结构,对其孔隙结构和物理力学性能产生明显影响。BTCA与CNF的质量比越大,CNF气凝胶的密度越大,孔隙结构越致密,只有当BTCA与CNF的质量比在一定范围内时,才能在明显改善CNF气凝胶抗变形性和形变恢复能力的同时使其保持良好的柔韧性,提高其应用价值。