【摘要】：納米纖維素主要取自棉、麻、樹木等植物類材料,是一種來源廣泛的可再生材料。納米纖維素氣凝膠具有高比表面積、高孔隙率和低導(dǎo)熱系數(shù),同時(shí)彌補(bǔ)了二氧化硅氣凝膠的易碎易粉末化的缺點(diǎn),作為一種新興材料,在醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天領(lǐng)域、建筑隔熱材料、軍工上均具有非常大的應(yīng)用。有關(guān)隔熱性氣凝膠的研究目前仍以二氧化硅氣凝膠為主,但納米纖維素氣凝膠良好的柔韌性和易接枝改性的特點(diǎn)使得它在隔熱方面的研究也就變得極為重要。本課題針對納米纖維素氣凝膠的制備及隔熱方面的研究,為了制備出具有優(yōu)異性能的納米纖維素氣凝膠隔熱材料,對其進(jìn)行兩種不同比例的硅烷偶聯(lián)劑改性、叔丁醇置換以及偶聯(lián)劑/叔丁醇/納米SiO_2三項(xiàng)體系下改性制備納米纖維素氣凝膠,并采用各種方法對其進(jìn)行表征及隔熱性分析。首先以納米纖維素為原料,分別采用氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和甲基三甲基硅烷(MTMS)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為3:1、2:1、1:1、1:2和1:3以共混法進(jìn)行硅烷改性,制備出K-CNF氣凝膠和M-CNF氣凝膠。隨著KH550添加量的增加,K-CNF氣凝膠的熱穩(wěn)定性和壓縮應(yīng)力逐漸升高,在KH550添加比例為1:1時(shí),K-CNF氣凝膠性能最好;隨著MTMS的添加量的增加,M-CNF氣凝膠熱穩(wěn)定能逐漸增加,且疏水角達(dá)到156°,壓縮應(yīng)力和導(dǎo)熱系數(shù)先升高后降低,在MTMS添加量為1:2時(shí),M-CNF氣凝膠性能最好密度為14.59mg/cm~3,表面孔洞小而密集,最大壓縮應(yīng)力為7.25 KPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0.0386 W/Mk。改性后的K-CNF氣凝膠和M-CNF氣凝膠各項(xiàng)性能均優(yōu)于未改性CNF氣凝膠,但添加比為1:2時(shí)M-CNF氣凝膠的各項(xiàng)性能優(yōu)于最優(yōu)添加比為1:1時(shí)的K-CNF氣凝膠,是一種具有良好疏水性能和壓縮回復(fù)性的氣凝膠隔熱材料。其次按照1:2比例添加MTMS,經(jīng)叔丁醇溶液階梯式置換,冷凍干燥后得到MD-CNF氣凝膠。叔丁醇作為一種溶劑置將原來氣凝膠中的水置換出,經(jīng)冷凍干燥后作為溶劑被抽出未改變硅烷改性氣凝膠的組分,MD-CNF氣凝膠雖和CNF氣凝膠相比結(jié)晶度有所降低,但未改變納米纖維素晶型結(jié)構(gòu)。叔丁醇升華所造成的氣凝膠內(nèi)部孔洞增加,骨架支撐體系降低,MD-CNF氣凝膠的最大壓縮強(qiáng)度為4.24 KPa,低于M-CNF氣凝膠。MD-CNF氣凝膠和M-CNF氣凝膠質(zhì)量損失規(guī)律基本一致,但MD-CNF氣凝膠熱穩(wěn)定性略有提高。MD-CNF氣凝膠和M-CNF氣凝膠一樣是一種良好的疏水性材料,而且還具有一定的吸油性,在水溶液中MD-CNF氣凝膠的吸油速率高于在空氣中的吸收速率。MD-CNF氣凝膠出現(xiàn)孔洞和蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)并存的狀態(tài),說明叔丁醇能夠提高氣凝膠的孔隙率,MD-CNF氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)較M-CNF氣凝膠明顯降低為0.03493 W/Mk。叔丁醇置換能在一定程度上保持M-CNF氣凝膠的各項(xiàng)優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上提高氣凝膠的熱穩(wěn)定性并降低導(dǎo)熱系數(shù)。最后在1:2比例添加MTMS的基礎(chǔ)上,加入0.3 g的納米SiO_2粉末制備得到MS-CNF氣凝膠和在此基礎(chǔ)上叔丁醇置換的MDS-CNF氣凝膠。納米SiO_2粉末的加入雖然使得氣凝膠的含Si峰值的強(qiáng)弱有所變化,經(jīng)叔丁醇置換后MDS-CNF氣凝膠內(nèi)部結(jié)晶區(qū)有序度受到影響結(jié)晶度降低到45.08%,但兩種納米纖維素氣凝膠仍舊保持纖維素Ⅰ型晶型結(jié)構(gòu)。MS-CNF氣凝膠和MDS-CNF氣凝膠的N_2-吸附脫附均為IV型吸附等溫線,氣凝膠孔徑分布曲線趨勢一致,孔徑均以2-50nm之間的介孔為主,但MDS-CNF氣凝膠在0-2 nm之間仍有有少量微孔,MDS-CNF氣凝膠的比表面積值、孔容為超過MS-CNF氣凝膠的2倍,而平均孔徑為3.057 nm低于MS-CNF氣凝膠,說明叔丁醇置換可以有效的提高氣凝膠的孔隙率。納米SiO_2粉末的加入使得氣凝膠有較高的壓縮回復(fù)性。熱穩(wěn)定性能較M-CNF氣凝膠又有所提高,其隔熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于MD-CNF氣凝膠,叔丁醇置換過的MDS-CNF氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)最低為0.02687 W/Mk,經(jīng)兩次壓縮后還能達(dá)到0.03610 W/Mk,是一種性能良好的隔熱性材料。
【圖文】：

找到了一種方法，在這種條件下可以快速、2010 年，Rosa 等[20]人通過對椰子殼纖維進(jìn)行脫木質(zhì)了超薄纖維素納米晶須， 直徑低至 5 nm，長徑比可應(yīng)條件，能使椰子殼纖維保留較高木質(zhì)素含量，從而。O 催化氧化法 催化氧化法可提取出纖維直徑較小的納米纖維素。甲基哌啶－1－氧自由基）/ NaBr / NaClO 體系可以使發(fā)生的條件是在水溶液中，通過羥基被氧化的實(shí)現(xiàn)[7形態(tài)和結(jié)晶度的條件下引入羧基、醛基等基團(tuán)，制得 1-1 所示。Koga 等[21]人通過將單壁碳納米管（CNT-1-氧基（TEMPO）氧化得到的纖維素納米纖維（TO，已成功制備出超強(qiáng)，透明，導(dǎo)電和可印刷的納米復(fù)EMPO 催化氧化法制備出了細(xì)度為 1.7 nm，，結(jié)晶度為

碩士學(xué)位論文 1膠具有優(yōu)異的耐燃性，熱容為 1561 mW，約為發(fā)泡聚苯乙烯的一EZ 等[47]人使用 TEMPO 氧化得到納米原纖化纖維素通過兩種不同的燥制備氣凝膠，通過改變冷卻速率和溫度梯度，發(fā)現(xiàn)控制溶劑的固化觀結(jié)構(gòu)具有顯著影響。不同的溫度梯度導(dǎo)致不同的孔徑分布，每個(gè)孔定的形狀和連通性，由此產(chǎn)生的原始結(jié)構(gòu)顯示的隔熱性能不同，沿溫取向的層狀微結(jié)構(gòu)的氣凝膠顯示出多孔通道，具有細(xì)胞微結(jié)構(gòu)的氣凝隙率導(dǎo)熱率最低可達(dá)到 0.024 W/Mk。石小靖等[48]使用玻璃纖維增強(qiáng)凝膠，通過實(shí)驗(yàn)得出了纖維最優(yōu)添加量，制備得到的氣凝膠的導(dǎo)熱/Mk 至 0.027 W/Mk 之間。圖 1-2 所示，二氧化硅氣凝膠本身具有導(dǎo)熱系數(shù)低、比表面積大的優(yōu)化生產(chǎn)以及有所應(yīng)用[49]，但不可避免的具有易脆性，且冷凍干燥后掉常以添加其他試劑或者纖維來支撐其骨架，多以球形氣凝膠為主。納凝膠符合輕質(zhì)化材料的發(fā)展趨勢，納米技術(shù)有可能對隔熱材料研究帶。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ427.26

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 陳覺聲;劉淑貞;劉雄;;微細(xì)化纖維素改性技術(shù)研究進(jìn)展[J];食品工業(yè)科技;2012年19期

2 高蓓蓓;;納米纖維素的概述[J];價(jià)值工程;2011年34期

3 陶丹丹;白繪宇;劉石林;劉曉亞;;纖維素氣凝膠材料的研究進(jìn)展[J];纖維素科學(xué)與技術(shù);2011年02期

4 楊靖;陳杰;;甲基修飾二氧化硅氣凝膠的紅外光譜和熱分析研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2009年01期

5 王非;陳曉紅;胡子君;宋懷河;;疏水SiO_2氣凝膠的制備及表征[J];硅酸鹽通報(bào);2008年06期

6 徐艷;曹松屹;邊際;;超聲細(xì)胞粉碎與傳統(tǒng)方法提取黃精多糖的分析比較[J];食品研究與開發(fā);2008年03期

7 林高用;張棟;盧斌;;非超臨界干燥法制備塊狀SiO_2氣凝膠[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年06期

8 聶鵬,趙學(xué)增,陳芳,王偉杰,吳羨;聚合物基納米復(fù)合材料制備方法的研究進(jìn)展[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 李文定;納米結(jié)晶纖維素改性三聚氰胺樹脂及其復(fù)合材料的特性研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2015年

2 趙群;納米微晶纖維素的制備、改性及其增強(qiáng)復(fù)合材料性能的研究[D];東華大學(xué);2014年

3 陳文帥;生物質(zhì)納米纖維素及其自聚集氣凝膠的制備與結(jié)構(gòu)性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 范必濤;竹質(zhì)基纖維素納米纖維功能化氣凝膠的研究[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2017年

2 趙華;硫酸水解法和過硫酸銨氧化法制備納米纖維素及其氣凝膠的特性研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2017年

3 吳珍珍;纖維素氣凝膠功能材料的制備[D];東華大學(xué);2017年

4 廖騫;功能性纖維素氣凝膠的制備及其在水凈化中的應(yīng)用研究[D];浙江理工大學(xué);2017年

5 畢海江;二氧化硅氣凝膠隔熱材料制備及其隔熱性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

6 張菁;基于纖維素的高性能材料制備[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

7 李濤;低熱導(dǎo)復(fù)合隔熱材料的制備研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

8 石海峰;光熱轉(zhuǎn)換蓄熱調(diào)溫纖維的研制[D];天津工業(yè)大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2708325