納米纖維素基泡沫材料孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)的研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重和石油資源的枯竭，研究開發(fā)可生物降解、資源豐富、可回收利用的新型泡沫緩沖材料替代傳統(tǒng)泡沫塑料已成為社會(huì)上亟需解決的重大問題。目前，納米纖維素基泡沫材料被認(rèn)為是極具開發(fā)前景的可生物降解泡沫材料之一，研究其制備工藝與微觀泡孔結(jié)構(gòu)及性能的關(guān)系，開發(fā)泡孔結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)，對(duì)獲取不同結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能的納米纖維素基緩沖材料具有重要的意義。因此，本文重點(diǎn)研究了納米纖維素基泡沫材料泡孔結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術(shù)，主要內(nèi)容如下：
　　首先，

2、對(duì)納米原纖化纖維素（NFC）的物化特性進(jìn)行表征。在此基礎(chǔ)上，通過改變NFC濃度和冷凍溫度對(duì)NFC泡沫材料的泡孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。NFC濃度增大使其泡孔分布變均勻，孔徑尺寸減小，但局部會(huì)出現(xiàn)大孔或致密結(jié)構(gòu)；低溫冷凍使泡孔分布變得更加均勻，孔徑尺寸減小。
　　其次，采用醇類有機(jī)溶劑對(duì)NFC泡沫材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)：添加乙醇、異丙醇和正丁醇后泡沫材料的泡孔結(jié)構(gòu)近似于蜂窩多孔材料，泡孔排列有規(guī)則，分布均勻且呈層狀結(jié)構(gòu)，但孔徑尺寸較大；

3、添加甲醇后孔徑尺寸變均勻，但泡孔分布雜亂無章；添加叔丁醇后泡孔分布均勻，孔徑尺寸較小，但形狀無規(guī)則。此外，添加有機(jī)溶劑后泡沫材料的密度減小，孔隙率增加，收縮率減小，但導(dǎo)熱系數(shù)和熱穩(wěn)定性基本沒有變化。綜合分析確定乙醇的調(diào)控效果最佳。
　　然后，研究了乙醇濃度、冷凍溫度和NFC濃度對(duì)NFC泡沫材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。乙醇濃度增大使泡沫材料的泡孔分布和孔徑尺寸變均勻，形狀趨于圓形；冷凍溫度降低和NFC濃度增加使泡孔呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)排列，層與層

4、之間出現(xiàn)柱狀纖維結(jié)構(gòu)，泡孔分布變均勻，形狀趨于矩形；但冷凍溫度較低，NFC濃度較高時(shí)，層狀結(jié)構(gòu)和柱狀結(jié)構(gòu)消失，孔徑尺寸減小。最佳制備工藝為：乙醇濃度為5wt％，NFC濃度為3wt%，冷凍溫度為-55℃。此條件下，泡沫材料的平均孔面積為3231.44μm2，平均孔壁厚度為2.46μm，泡孔密度為4.89×106個(gè)/cm3；密度為35.90kg/m3，孔隙率為97.66%，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0384W/(m·K)。
　　最后，探討了支鏈淀

5、粉含量、冷凍溫度和固含量對(duì)NFC基復(fù)合泡沫材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。隨著支鏈淀粉含量的增加，泡沫材料的泡孔分布變均勻，孔徑尺寸增大，出現(xiàn)孔壁結(jié)構(gòu)，但含量超過70%時(shí)，泡孔尺寸變小且分布不均勻。固含量增加使泡孔形狀變得不規(guī)則，分布不均勻，孔徑尺寸減小。冷凍溫度的降低使泡孔分布變均勻，泡孔大小變小，出現(xiàn)閉孔結(jié)構(gòu)，但孔壁較薄，強(qiáng)度提高較少。支鏈淀粉與NFC混合均勻后可形成類似“鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)，使支鏈淀粉/NFC復(fù)合泡沫材料的強(qiáng)度提高。最佳制備工

6、藝為：支鏈淀粉含量為30%，固含量為3wt%，冷凍溫度為-55℃。此條件下，泡沫材料的平均孔面積為195.99μm2，平均孔壁厚度為1.04μm，泡孔密度為4.68×108個(gè)/cm3；楊氏模量為713.14KPa，屈服強(qiáng)度為92.28KPa，能量吸收值為13.24kJ/m3。
　　綜上，通過調(diào)節(jié)NFC濃度和冷凍溫度，以及醇類有機(jī)相介入和支鏈淀粉增強(qiáng)等技術(shù)手段，可實(shí)現(xiàn)納米纖維素基泡沫材料泡孔結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控。原料資源豐富、工藝過程清潔