优胜从选择开始，我们是您最好的选择！—— 第一学术网（北京鼎新文化传媒有限公司）
收藏本站 帮助中心
010 - 86226008
483825188@qq.com
全部期刊分类
您的位置：网站首页 > 科技论文 > 正文

纳米纤维素乳化苯乙烯-丙烯酸酯共聚物的制备及性能研究

作者：陈泓丞 姚志伟 李喜坤 唐方圆 杨仁党来源：《中国造纸》日期：2022-03-28人气：1958

纳米纤维素主要分为纤维素纳米纤丝（CNF）和纤维素纳米晶体（CNC）。CNF保留了纤维状的结构特征，具有高长径比、高强度的特点，由物理-化学法制备[1-3]。CNC为具有高结晶度的针棒状晶体，通常由酸水解的方法制备[4-5]。纳米纤维素表面的羟基等极性基团赋予其亲水性，而烷烃的链式结构使其部分区域疏水。纳米纤维素独特的固体颗粒特征及两亲性质赋予其独特的界面效应，可替代传统界面活性剂用于乳化单体形成Pickering乳液，并提供聚合场所，纤维状结构和高强度的特征使其在聚合物功能性填料等领域拥有良好的应用前景[6-7]。

使用固体颗粒代替传统界面活性剂形成的乳状液被称为Pickering乳液。目前已有部分关于纳米纤维素稳定Pickering乳液的报道[8-12]。Cepsa等人[13]认为纳米纤维素可在油水界面间形成纤维网络结构，水相中的纳米纤维素可进一步增加体系黏度，减缓油滴相互聚结的趋势，从而提高体系稳定性。Aureliano等人[14]的研究结果显示，较低的纳米纤维素-油相比例具有更好的动力学稳定性。Bouhoute等人[15]和Yokdta等人[16]认为使用低浓度（0.5%~1%）的纳米纤维素悬浮液即可制备能够长期稳定储存的水包油乳液。此外，纳米纤维素在单体乳化过程中拥有较好的应用潜力。Jiang等人[17]使用纤维素乳化苯乙烯单体，通过乳液聚合制备得到聚苯乙烯/纤维素复合材料。Dong等人[18]使用CNF乳化甲基丙烯酸甲酯单体再进行乳液聚合，得到的CNF增强聚合物复合膜具有较好的力学性能和热稳定性。

近年来，也有关于纳米纤维素-聚合物复合材料的研究，在提高聚合物基材阻隔性和强度等方面发挥了重要作用[19-22]。不同类型纳米纤维素在聚合物复合材料中的增强作用存在差异[23-25]。Kassab等人[26]认为CNF可作为纳米填料，用于制备具有高强度、高透明度的聚乙烯醇（PVA）复合材料，也可用于制备具有高阻隔性、高强度的聚乳酸（PLA）复合膜。Popescu等人[27]的研究结果表明CNC同样可以用于PVA复合材料的制备，PVA与CNC间存在的氢键结合使材料力学性能提高。Miao等人[28]证实通过生物法制备得到的细菌纤维素（BC）在聚合物复合材料同样具有较好的增强效果。因此，使用纳米纤维素作为功能性填料，是高性能纤维基聚合物材料的重要发展方向。然而，目前依然缺乏使用纳米纤维素先乳化单体形成Pickering乳液，再聚合得到可室温固化复合膜的研究。

本研究分别使用CNF、CNC和十二烷基硫酸钠（SDS）乳化苯乙烯-丙烯酸酯（SA）单体，通过自由基聚合得到聚苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（PSA）。研究了纳米纤维素作为界面活性剂对SA单体乳液聚合过程的影响，以及纳米纤维素作为功能性填料对PSA涂膜力学性能影响。对纳米纤维素-SA单体乳液的黏度进行测试，并研究了乳化体系对聚合产物PSA的结构、转化率、相对分子质量的影响及力学性能增强机理。

1 实　验

1.1　试剂与仪器

漂白针叶木浆、商用A4纸，民丰特种纸股份有限公司；2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物（TEMPO），纯度≥98%，阿拉丁试剂有限公司；次氯酸钠、过硫酸铵、碳酸氢钠，分析纯，广州化学试剂厂；溴化钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氢氧化钠、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St），分析纯，天津福晨化学试剂有限公司；十二烷基硫酸钠（SDS），化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司。

DF-101S型恒温水浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司；MYP2011-100型磁力搅拌器，上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；VCX-800超声波破碎仪，SONICS公司；H2050R型台式离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；MINI型高压均质机，诺泽流体科技有限公司；DHG-9140A型热风烘箱，上海一恒科学仪器有限公司；Multimode8型原子力显微镜（AFM），德国Bruker公司；J-5S型转子黏度计，上海尼润；MS3000型激光粒度仪，马尔文帕纳科；TG209F1型热重分析仪，Netzsch公司；4700型全反射红外光谱仪（FT-IR），日本分光株式会社；AVANCE Ⅲ HD 600型核磁共振波谱仪，德国Bruker公司；凝胶色谱仪，Waters公司；3300型材料试验机，Instron公司。

1.2　实验方法

1.2.1　纳米纤维素的制备

参考Isogai等人[29]的方法制备CNF。向浆浓1%的漂白针叶木浆料中加入0.016 g/g（相比于绝干浆料）的TEMPO和0.1 g/g（相比于绝干浆料）溴化钠的混合液，随后加入0.5 g/g（相比于绝干浆料）的次氯酸钠，用氢氧化钠和盐酸溶液调节pH值在10.0~10.5范围内，直至pH值稳定不变时，将不溶部分过滤并用去离子水洗涤，通过高压均质得到CNF悬浮液。

参考Karimian等人[30]的方法制备CNC。取1 g绝干漂白针叶木浆加入质量分数64%的H2SO4，在45℃下磁力搅拌1 h。随后加去离子水稀释至100 mL，使氢离子浓度降低，磁力搅拌5 min，使纤维分散均匀。使用去离子水在10000 r/min、15℃的条件下对悬浮液离心洗涤3次，保留沉淀部分。再在相同条件下离心洗涤并收集上清液，直至上清液由淡蓝色转变为无色。在去离子水中透析7天后得到CNC悬浮液。

使用市售纳米纤维素（浙江金加浩绿色纳米材料有限公司）替代上述方法制备的产物，能够乳化SA单体并提供聚合场所，且在乳液固化后能够获得纳米纤维素-PSA膜。基于市售纳米纤维素或上述方法制备得到的产物可达成同样的效果。

1.2.2　SA单体乳液的制备

按照MMA∶BA∶St=4∶5∶1（质量比）配置单体混合液，加入质量分数1%的纳米纤维素（CNF或CNC）悬浮液，控制油水比为1∶9，使用搅拌器在600 r/min的转速下预分散5 min，使用超声波破碎仪超声5 min，期间每超声5 s暂停5 s以避免过热，得到纳米纤维素-SA单体乳液。

采用相同方法和参数制备SDS-SA单体乳液。

1.2.3　PSA乳液的合成

向纳米纤维素-SA单体乳液中加入引发剂过硫酸铵（APS），添加量为单体总质量的0.6%。随后取质量分数25%的纳米纤维素-SA单体乳液加入装有冷凝管、搅拌器、恒压漏斗的三口烧瓶中，并加入碳酸氢钠缓冲液，添加量为单体总质量的0.2%。在一定搅拌强度下，升温至78℃进行种子乳液聚合，至乳液泛蓝后，保温10 min。在2 h内滴加完剩余单体和引发剂的混合液，保温2 h后出料，得到纳米纤维素-PSA乳液。

采用相同方法和参数制备SDS-PSA乳液。

1.2.4　纳米纤维素-PSA膜的制备

将适量PSA乳液注入定制的聚四氟乙烯模具中，模具尺寸为100 mm×10 mm，在室温下固化得到PSA膜。

1.3　结构表征与性能测试

1.3.1　AFM表征

将纳米纤维素悬浮液浓度稀释至0.1‰，用移液枪吸取5 μL稀释后的悬浮液滴在云母片表面，在培养皿中自然干燥12 h。扫描范围800 nm×800 nm~3 μm×3 μm，扫描频率0.977 Hz。

1.3.2　黏度测试

使用旋转黏度计对刚乳化的试样黏度进行检测，预估试样黏度范围并选择转子和转速，每次测量的扭矩在20%~90%范围内为正常值，否则更换转子或转速，每组实验进行3次测量，结果取算数平均值。

1.3.3　核磁共振氢谱测试

使用核磁共振波谱仪对PSA共聚物结构进行分析，内标物为四甲基硅烷（TMS），溶剂为氘代丙酮。测试前对样品进行纯化处理，使用乙醇破乳，并用丙酮多次离心洗涤以除去残留的纳米纤维素，最后用有机滤膜过滤。将样品干燥至恒质量后，使用氘代丙酮溶解。

1.3.4　单体转化率测试

用滴管取1~2 g试样，加入1.0%对苯醌水溶液作阻聚剂，每隔10 min进行取样，在（105±2）℃的温度下干燥至恒质量，单体总转化率（以单体质量计）的计算如式(1)所示。
热门排行
期刊知识
联系我们| 关于我们|

客服一号： 林编辑

客服二号： 卜编辑

地址：北京市通州区北京鼎新文化传媒有限公司　ICP备案号：京ICP备14054149号-4

【免责声明】：第一学术网 所提供的信息资源如有侵权、违规，请及时告知。

版权所有：第一学术网（北京鼎新文化传媒有限公司）

扫码联系客服
扫码联系客服

免费下载超级文献？

免费指导甄选期刊？

免费预审文章？

扫码联系客服

专业指导无疑惑

论文写作全系列课程

扫码了解更多

轻松写作核心论文