纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用(4)

1、纳米纤维素合成方法及其在复合材料领域的应用(4)2. 4 制备方法讨论。尽管纳米纤维素有很多制备方法，但是单一的制备方法都有其局限性。表 2 总结了采用不同方法制备纳米纤维素的优缺点。近年来，越来越多的研究者将上述方法结合起来使用，通过化学法和物理法结合使用，可以结合两种方法的优势并且一定程度上弥补单一方法的不足。Wang 等人20使用高强度超声处理和高压均质处理相结合的方法，更加有效地制备了均一的纤维素纳米纤维。Spence 等人21使用高压微射流纳米均质和研磨相结合的方法可以比单一方法得到机械性能、光学性能更好的纤维素纳米纤维。刘兵22以毛竹浆纤维为原料，先用纤维素酶进行预处理，再通过 T

2、EMPO 氧化，最后进行高强度超声波处理制备了纤维素纳米纤维，其直径为 5 20 nm.结合多种方法来制备纳米纤维素将是以后发展的趋势。3 纳米纤维素在复合材料领域的应用。3. 1 增强复合材料。纳米纤维素具有强度高、杨氏模量高、抗拉伸强度高、长径比 大 等 优 点。其 抗 拉 伸 强 度 7500MPa、杨氏模量达 100 150 GPa.以纳米纤维素为增强材料加入到聚合物中可以显着提高复合物的力学性能。白盼星等人23将纳米纤维素晶体用共混溶液浇铸法与聚乙烯醇复合，所得复合物的力学性能有很大提升。吴骏24将纳米纤维素与聚乳酸复合，可显着提升聚乳酸的力学性能。Chazeau 等人25用纳米纤维

3、素增强聚氯乙烯，其复合物力学性能也有较大提升。Ljungberg 等人26将纳米纤维素与聚氨酯复合同样改善了聚氨酯力学性能不足的缺陷。Alojz Anlovar 等人27将改性的纳米纤维素晶体增强聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA） 制备复合材料，所得复合材料的力学性能有很大提升。3. 2 过滤复合材料。亲水性和力学性能是过滤膜材料的两个重要指标。亲水性能会影响膜的通量大小和抗污染能力，力学性能决定了过滤膜的使用寿命，如何提高膜材料的亲水性及力学性能是目前过滤材料研究的热点。而纳米纤维素分子链上带有大量羟基，亲水性良好，同时具有高强度和高模量。长度较短的纳米纤维素晶体可以作为填料，加入聚合物中改善

4、聚合物滤膜的亲水性和力学性能，长度较长的纤维素纳米纤维也可以单独成膜。纳米纤维素除了能满足上述两个重要指标外，还有价廉和生物可降解的优势，因此非常适合与其他材料复合作为过滤材料来使用。Li S 等人28以纳米纤维素为填料，制备了聚砜透析 复 合 膜，该 复 合 膜 的 渗 透 通 量 可 达 48. 4mL / （ m2·h·mmHg） ,抗拉伸强度可达 10. 0 MPa,比纯膜提高 36. 4%,断裂伸长率达 19. 8%,比纯膜提高 40. 2%.白浩龙等人29向聚偏氟乙烯铸膜液中混入纳米纤维素，采用相转化工艺制备了复合超滤膜。复合超滤膜的水通量为 40. 7

5、 L/（ m2·h） ,截留率为91. 8% .随着纳米纤维素加入量的增大，复合超滤膜的抗拉伸强度由 2. 0 MPa 上升到 5. 8 MPa,断裂伸长率由 77. 8%上升到 99. 4%.目前国内在这个领域的研究并不十分成熟，很多机理和性能还有待进一步研究，还没有大规模商业化产品。而日本和美国均有用纳米纤维素纤维制备无菌装置、超滤装置、反渗透滤膜等膜滤器。3. 3 电子功能复合材料。导电聚合物是一种主链具有共轭结构的功能高分子。导电高分子具有大量的共轭链或芳香环结构，分子链具有较强的刚性，链与链之间的相互作用较强，溶解性和成膜性很差。而纳米纤维素晶体具有大量氢键，使其易于成

6、膜。因此，将纳米纤维素加入到导电高分子中形成复合材料，可以解决导电高分子难于成型的问题，通过流延、浇铸等方式即可得到高强度、均一的纳米纤维素-导电聚合物复合膜材料。谢雨辰等人30利用原位化学氧化法，在纳米纤维素表面进行吡咯的原位聚合，成功制备了包裹聚吡咯的纳米纤维素晶体导电复合材料，并发现复合物呈核壳结构。纳米纤维素晶体的加入显着提高了体系的电化学容量，复合物可以进一步制备超级电容器。Hamad 等人31通过采用原位聚合法制备了纳米纤维素晶体-聚苯胺复合薄膜。复合物不仅具有半导体的特性而且力学性能和成膜性均有很大提升，其可以广泛应用在电池、传感器、防静电涂层等方面。将纳米纤维素与石墨烯、碳纳米

7、管、纳米银线等导电材料复合制备电子功能复合材料也是近年来的研究热点。Zhong Zhang 等人32将银纳米线 （ AgNWS）水分散液浇铸在纤维素纳米纤维膜 （ CNFs） 表面，真空抽滤得到 CNFs-AgNWS 复合薄膜，再将复合薄膜在胶带的协助下浸入到丙烯酸树脂 （ AR） 中，制备了高透明柔性 CNFs-AgNWS-AR 复合电极 （ 如图 4所示） .该电极透过率在 85% 以上，热膨胀系数比纯AR 低 6% ,拉伸强度和杨氏模量分别是纯AR的8倍和5.8倍。Dongyan Liu等人33将纤维素纳米晶（ CNWS）悬浮液和石墨烯 （ GN） 在超声波作用下混合均匀分散，然后把分散液放入塑料培养皿在室温下蒸发得到 GN-CNWS 纸，最后将 GN-CNWS 纸浸入环氧树脂（ ER）中得到三明治结构的ER-（ GN-CNWS） -ER 复合纸。复合纸的拉伸强度和模量分别是纯树脂的 2 倍和 300 倍，其在防静电涂层、电磁屏蔽方面有很好的应用前景。Yumei Ren 等人34将多壁碳纳米管 （ MWCNTs） 和纳米纤维素晶体 （ NCC）悬浮液混合真