纤维素纳米纤丝高强度膜材料的制备与性能

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1、万方数据学校代码：10225学号：S13531学位论文纤维素纳米纤丝高强度膜材料的制备与性能指导教师姓名：申请学位级别：论文提交日期：授予学位单位：李勃于海鹏教授东北林业大学硕士2013年04月东北林业大学学科专业：论文答辩日期：授予学位日期：木材科学与技术2013年6月2013年6月答辩委员会主席：邵广义论文评阅人：聋必杉景大学万方数据DissertationfortheDegreeofMasterPreparationandpropertiesofcellulosenanofibersmem

2、branematerialwithhi．ghstrengthperformaceCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：DateofOralExamination：University：LiQingProf．YuHaipengMasterWoodScienceandEngineeringJune，2013NortheastForestryUniversity娑●●惋：；萋删q0㈣懈删㈣灿枞万方数据摘要木材细胞壁的重要组成部

3、分是许多直径在纳米尺度、具有高长径比、高比表面积和丰富表面基团的纤维素分子聚集体。通过适合的方法将单位聚集体分纤出来，再利用“纳米建造术”的手段再制备成具有高性能、功能化和高附加值的纤维素基新产品，成为近年来国际上关于生物质材料研究的热点和前沿问题。本文基于“自下而上”的学术思想，首先通过化学预处理、高强度超声处理以及高压匀质处理的方法从木材细胞壁中分离制备出纤维素纳米纤丝(CNF)，然后通过真空抽滤—干燥的方法将CNF进一步组装加工成高强度纳米纸，最后利用CNF增强聚合物PMMA等，制得了光透

4、明性和力学强度性能优异的复合材料。主要研究结论如下：(1)基于超声结合匀质的方法，得到了均匀开纤化的CNF，保留了天然纤维素I型结晶结构，具有低直径尺寸分布(纤丝直径为1～3nm)和高长径比特征，纤丝表面氢键作用更加强烈，易形成带状蔟集和网状结构。纳米纤维素的流变学分析进一步证明了这些糌相对于超声处理得到的纳米纤维素，进一步匀质处理可以增加纤丝的聚集及连接程度，因此其储存模量g，及损耗模量g”均明显增加，而Tan万小于0．2，表现出明显的弹性特性，不易受剪切力及热学作用的影响，随着浓度的增加这种

5、特性更加明显。(2)基于超声结合匀质处理得到的CNF，在不改变CNF自身固有性质的基础上，通过类似于造纸工艺的真空抽滤．水分蒸发法制备出了厚度可控的纳米纸。纳米纸由片层状的相互缠绕的纳米纤丝组成，纳米纤丝在平面上随机排列、分散性良好。研丝间连接紧密、间距小，孔隙率低至1．94％，密度(～1．5∥cm3)与纤维素相近。根据纳米纸的厚度不同，其杨氏模量在13"--'20GPa变化，力学拉伸强度在140"---"173MPa变化，而极限应变(0．5％～2．5％)及断裂功(50KJ／m2"--'250Ⅺ

6、／m2)变化较小。在较宽的测试温度范围内(25℃"--260℃)，纳米纸的动态热力学性质对于温度的依赖特性较小，储存模量为10GPa左右，Tan6值基本保持稳定，因此纳米纸具有良好的热机械力学稳定性。(3)将CNF纳米纸作为增强材料与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合，制备具有良好光学性质以及高力学强度的复合材料。通过CNF浓度和体积含量的变化，可以改变纳米纸的厚度和所制备复合材料的力学性能。随着CNF浓度的变化，复合材料的拉伸强度为27．18"--33．67MPa，杨氏模量为2．91～3．97G

7、Pa，而极限应变为0．96---2．21。对于相同CNF浓度的纳米复合材料，随着纤丝体积含量的增加，纳米复合材料拉伸强度、杨氏模量及极限应变均随之增加。CNF纳米纸／PMMA复合材料由于其显著地弯曲柔韧性、光学透明性以及力学强度，可以广泛用于AMOLED显示器基板材料以及柔性OLED封装材料等领域。关键词：纳米纤维素，纳米纸，复合材料，热力学性质，力学性质万方数据AbstractAnimportantcomponentofthecellwallofthetimberisthecellulosem

8、oleculeaggregatesthatthediameterisinthenanometerscale，havingahi曲aspectratio，highspecificsurfaceareaandrichsurfacegroups．Byasuitablemethod，wecallgetthefibrillatingcellulose，andthenthroughthe“Nanoconstruction’’approachtopreparethecelluloseintoahighperf