青岛能源所:天然木质纤维素中提出纳米纸

2018-07-02 09:02:16来源:青岛晚报

原标题:天然木质纤维素中提出纳米纸

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高韧性兼具紫外屏蔽功能的纤维素纳米纸。

 纤维素纳米纸具有质量轻、机械强度高、光学性能优异、热稳定性好、热延展性低、阻隔性高以及可生物降解等一系列优点,在电子器件、显示基板、太阳能电池、包装阻隔材料等领域有着巨大的应用潜力。然而,纤维素纳米纸对水敏感,大量的水或高湿度环境会使纤维素润胀,从而导致其失去原有的稳定性和机械强度,这大大限制了纤维素纳米纸在水中以及高湿条件下的应用。近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物基材料组群木质纤维素精炼课题组解决了这一国际难题。

目前,国际上一般采用乙酰化、硅烷化或接枝改性等方法来改善纤维素纳米纸的抗水性能,这些方法在一定程度上能够改善纤维素纳米纸的耐水性,但复杂的化学改性方法也会不可避免地造成纤维素纳米纸机械性能的损失和制备成本的提高。而青岛能源所课题组则采用了易回收的有机酸水解法从天然木质纤维中提取含木质素的纳米纤维素,然后通过机械力协同作用制得具有优异抗水性能的纤维素纳米纸。整个制备过程无需任何复杂的化学改性,直接通过一步法有机酸水解分级解离天然纤维原料,并得到含木质素的纳米纤维素;随后在二甲基乙酰胺(DMAC)中,通过机械力作用实现纳米纤维表面分子的部分溶解,溶解的纤维素分子在干燥成膜的过程中发生重结晶;重结晶的纤维素分子和具有天然疏水特性的木质素协同作用填补了纤维素纳米纸中纳米纤维素之间的缺陷,形成更为致密的纳米结构。该方法制得的纤维素纳米纸具有良好的机械性能,不仅克服了纤维素纳米纸怕水的缺点(湿强可达83MPa,为现有文献报道的最高值),而且木质素的引入还赋予了纤维素纳米纸优异的紫外吸收性能。该研究开发的制备过程无需复杂工艺和昂贵试剂,所用溶剂均可回收,整个过程清洁,并可实现纤维素纳米纸强度和紫外屏蔽性能的可控制备,产品具有良好的应用前景。

纳米纤维素因其独特的结构及优越的性能一直受到学术和企业界的关注和重视,日渐成为新材料和纤维素科学领域的研究热点。但是,从天然木质纤维素中提取纳米纤维素的工艺过程一直存在着能耗高、用水量大、化学药品不易回收等问题。为攻克上述难题,木质纤维精炼课题组长期致力于开发新型绿色高效的纳米纤维素制备方法,在国际上率先建立了基于易回收的固体酸和有机酸水解法制备纳米纤维素的方法体系,并先后申请一系列中国发明专利,目前已授权2项。 (记者 王伟)

 

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