疏水纳米纤维素气凝胶的制备及保温隔热性能

针对废旧纯棉织物再利用率较低的问题,以废旧纯棉织物为原料制备纳米纤维素气凝胶,并分别采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂对气凝胶进行疏水改性。采用扫描电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪、表面接触角测试仪以及导热系数测试仪研究了疏水改性剂种类和添加量对气凝胶结构和性能的影响。结果显示,采用MTMS为改性剂制备的疏水纳米纤维素气凝胶的结构和性能优于TMCS。综合考虑MTMS添加量对气凝胶结构、疏水性、热稳定性和保温隔热性的影响,得出MTMS与CNF的最佳质量比为2∶1,此时疏水气凝胶的结构比较平整均匀,疏水性、热稳定性分别增加了1.22倍和1.43倍,导热系数降低了12.3%。     

TiO_2/KH-550纳米微粒改性聚氨酯皮革涂饰剂的研究

在甲苯溶剂中,三乙胺催化下制备了γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)表面修饰的纳米Ti O2(Ti O2/KH-550),利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了结构和形貌分析。实验中发现Ti O2/KH-550在水性聚氨酯(WPU)基体中分散性好,且能显著提高WPU的耐热、抗紫外线和疏水性能。经Ti O2/KH-550-WPU复合涂饰剂涂饰的革的耐水性和耐磨性也得到明显改善。     

磁性疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究

以TEMPO氧化法制备的纤维素纳米纤丝（CNF）为原料制备CNF气凝胶,随后采用Fe₃O₄纳米粒子和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）对其进行改性制得磁性疏水性CNF气凝胶,并对其疏水性能、磁性、吸附性及其他各项性能进行表征。结果表明,交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）可提高CNF之间的结合强度,使气凝胶结构更加稳定、不易被破坏。制备得到的气凝胶密度和孔隙率分别为0.015 g/cm³和99.02%,其水接触角可达133°,表现出优异的超疏水性,吸附倍率最高可达145 g/g（机油）;同时,添加Fe₃O₄纳米粒子使气凝胶具备较好的磁响应性能,有利于气凝胶的后期回收。     

纤维素纳米纤维/纳米蒙脱土复合气凝胶制备及其结构与性能

针对纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶易燃、强力低等问题,利用纳米蒙脱土(MMT)共混改性纤维素纳米纤维,基于冷冻干燥的方法制备阻燃隔热的CNF/MMT复合气凝胶。研究了MMT质量分数对CNF/MMT复合气凝胶形貌结构、压缩性能、热稳定性、热导率和阻燃性能的影响。结果表明:MMT的引入使气凝胶具有更加紧密的片层结构,气凝胶力学性能、热稳定性和阻燃性能得到改善;在MMT质量分数为50%时,CNF/MMT复合气凝胶的表观密度最大且仅为0.016 8 g/cm³,应变为10%的应力最大为12.45 kPa,应变为70%的应力最大为77.93 kPa,导热系数最大为 0.04 W/(m·K); 气凝胶中MMT质量分数不低于42.9%时,复合基气凝胶的极限氧指数得到明显提升。     

纤维素微纳颗粒的硅烷化改性对制备超疏水材料的影响

利用纤维素纳米晶(CNC)经过喷雾干燥得到纤维素微纳颗粒(CNCmp),再用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)进行硅烷化改性,配制成超疏水涂料喷涂于定性滤纸上制成超疏水滤纸。实验结果表明,硅烷化改性对于制备超疏水滤纸具有重要影响,在自制的硅烷化反应装置中,当MTMS用量为70μL,反应温度为25℃,反应时间10 min,获得的硅烷化改性CNCmp可制备超疏水滤纸。同时发现,分别使用1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)和MTMS对CNCmp进行改性后制备超疏水滤纸的效果相近。     

冻干保护剂对纤维素纳米纤维气凝胶的影响

以漂白针叶木浆为原料,通过TEMPO氧化法制得纤维素纳米纤维(CNF),再经冷冻干燥制得低密度、高比表面积及高压缩强度的CNF气凝胶。针对CNF气凝胶强度较低并且孔径分布不均的问题,本研究采用在CNF悬浮液中加入不同种类的冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)的方法,达到缩小气凝胶孔隙结构,增强气凝胶压缩强度的效果。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面和孔径分布分析仪、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和热重分析仪(TG)等对其结构及性能进行表征。结果表明,加入冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)后,制得的CNF气凝胶尺寸均一,直径为10~20 nm;气凝胶孔隙分布趋于均匀,压缩强度显著提高。此外,冻干保护剂的加入不会对CNF气凝胶的晶型结构及热稳定性产生影响。     

冷冻干燥法制备淀粉气凝胶及其疏水改性研究

利用溶胶-凝胶-冷冻干燥技术制备了淀粉气凝胶材料，测试并分析了淀粉种类及直链/支链比例对气凝胶材料形貌、密度、收缩率、孔隙结构以及隔热性能的影响。优选出木薯淀粉为最适宜制备隔热气凝胶材料的原料，其所制备的气凝胶具备大孔、介孔及部分片层结构，密度低至0.094 g/cm³,孔隙率高达88.63%,导热系数低至0.043 W/(m·K),具有优良的保温隔热性能。通过一步法制备柠檬酸交联改性木薯淀粉气凝胶，以甲基三甲氧基和十六烷基三甲氧基硅烷包覆疏水纳米SiO₂制备疏水溶液，然后制备加入交联剂和自制硅烷疏水溶液的改性木薯淀粉气凝胶。扫描电镜测试结果表明，制备的改性气凝胶材料具有更加坚实的网络结构和致密的孔隙。导热系数测试结果表明，改性木薯淀粉气凝胶导热系数低至0.048 W/(m·K)。接触角测试结果表明，水滴滴入立即测量接触角达139.5°,5 min后测量接触角仍有129.5°,且表面和内部均有疏水效果。改性气凝胶具有优良的保温隔热以及疏水性能，其在食品保温材料领域具有广阔的应用前景。     

纳米纤维素气凝胶构建及其过滤聚苯乙烯微塑料性能研究

以漂白桉木浆为原料,分别通过2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵（EPTMAC）对其化学改性,并借助高压均质处理得到改性纤维素纳米纤丝（CNF）,最后采用冷冻干燥法制备得到改性CNF气凝胶。研究了聚苯乙烯微塑料（PSMPs）种类和浓度对改性CNF气凝胶过滤性能的影响。结果表明,EPTMAC改性气凝胶（QCNF）对羧基化聚苯乙烯（PS-COOH）的过滤效率为99%;TEMPO氧化改性气凝胶（TCNF）对氨基化聚苯乙烯（PS-NH₂）的过滤效率为75%。改性CNF气凝胶对PSMPs的过滤性能得益于材料本身的超亲水性、独特的三维多孔结构和表面丰富的活性结合位点。此外,QCNF气凝胶经过8次循环过滤后,QCNF气凝胶对PS-COOH的过滤效率始终保持在99%以上,过滤通量稳定且超过20.2 L/（m²·h）,具有良好的稳定性和可重复利用性。     

氟硅烷改性CuS/SiO2复合气凝胶的超双疏防紫外线纺织品

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为前驱体,在溶胶-凝胶反应过程中,加入纳米CuS,并采用十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)对其改性,成功制备了氟硅烷改性CuS/SiO2复合气凝胶(F-CuS/SiO2),并将其与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合应用到棉织物上,制备了超双疏防紫外多功能棉织物。探讨了F-CuS/SiO2质量分数、PDMS质量分数、焙烘温度、焙烘时间等主要因素对整理棉织物疏水性能的影响。结果表明:当F-CuS/SiO2气凝胶为2%,PDMS为1%,焙烘温度为160℃,焙烘时间为8 min时,整理棉织物的疏水性能最佳,水滴接触角可达159.4°,油滴接触角可达151.8°,紫外线防护系数(UPF)为237.43,整理棉织物具有良好的超双疏防紫外自清洁效果。     

海藻酸钠/羧基化纤维素复合气凝胶的保暖性能北大核心

为探究多糖基气凝胶的保暖性能,用高碘酸钠、亚氯酸钠将棉织物纤维素C2、C3位羟基氧化成羧基,高速粉碎后,得到羧基化纤维素纳米微纤(CCNF)。经冷冻干燥,将CCNF制成羧基化纤维素气凝胶(CCA)。将海藻酸钠(SA)与CCNF制成复合气凝胶(SA/CCA),通过不同方法将钙离子引入复合气凝胶,以改善其性能。结果表明:CCNF质量分数为2.0%的CCA,其导热系数为0.100 0 W/(m·K),是棉织物、涤纶织物和尼龙织物的55.93%、58.1%和57.37%;随着CCNF质量分数由0.5%提高到4.0%,CCA导热系数由0.124 8 W/(m·K)降为0.041 9 W/(m·K)。SA/CCA中,H4B的导热系数为0.032 6 W/(m·K),归因于孔隙率高且结构均匀,没有明显裂痕和孔洞结构,降低了内部空气流动;且不同面料制备保暖服装时,H4B与聚酰亚胺泡沫(PI)复合时导热系数最低,为0.037 0 W/(m·K)。     

疏水改性乳清分离蛋白-普鲁兰多糖复合气凝胶的制备及性能研究

目的:对易吸湿的蛋白/多糖类气凝胶进行疏水改性并对其性能进行评估。方法:对乳清分离蛋（whey protein isolate,WPI）-普鲁兰多糖（pullulan,PUL）复合气凝胶进行低温等离子体处理,使其羟基充分暴露后,使用硅烷偶联剂进行表面接枝处理,获得具有疏水性能的复合气凝胶,并研究其吸湿性、疏水疏油性、抗压性能、热失重、精油装载与缓释性能等。结果:甲基三甲氧基硅烷（methyltrimethoxysilane,MTMS）改性后复合气凝胶的平衡吸湿率为（9.67%±0.323%）,十八烷基三甲氧基硅烷（octadecyltrimethoxysilane,OTMS）改性后复合气凝胶平衡吸湿率为（9.34%±0.276%）,相比为改性前（11.41%±0.506%）均明显降低;改性前,复合气凝胶水接触角为（40.14°±2.16°）,油接触角为（28.07°±2.43°）;MTMS改性后水接触角为（82.10°±4.78°）,油接触角为（56.14°±3.25°）;OTMS改性后水接触角为（85.21°±4.61°）,油接触角为（74.63°±3.08°）;改性后疏水疏油性均有所提升,且OTMS改性处理效果更好。改性前复合气凝胶压缩模量（21.745±1.982）MPa,MTMS改性后（17.655±3.034）MPa,OTMS改性后（18.412±3.513）MPa。改性后抗压强度略有降低,但不影响正常使用。改性前复合气凝胶丁香精油的最大装载率为（254.26%±5.585%）,MTMS疏水改性后丁香精油最大装载率（241.57%±5.214%）,OTMS组则为（223.31%±4.436%）。丁香精油装载率有所下降但缓释性能均有所提升,且MTMS改性缓释效果更好。热稳定性方面均有所提升,且OTMS组热稳定性更好。结论:综上所述,硅烷接枝疏水改性处理可以显著提升复合气凝胶的疏水性并提高其亲油性。适用于油脂类活性物质的装载与缓释应用,拓宽了WPI-PUL复合气凝胶的应用领域。     

硅烷偶联剂对玄武岩织物拉伸性能的影响

试验使用不同浓度的硅烷偶联剂KH - 550对玄武岩纤维织物进行表面改性处理,采用Instron 3369型万能强力机测试了处理前后试样的拉伸性能,期望得出最佳的偶联剂浓度;利用FEI QUANTA200型扫描电子显微镜观察处理前后的玄武岩纤维表面形态,从微观角度分析KH - 550对玄武岩纤维的改性机理.结论是:当KH - 550的浓度为0.75％时,拉伸强度和弹性模量达到最大;观察处理前后的玄武岩纤维表面形态看出,KH - 550与玄武岩纤维发生偶联反应,附着在纤维表面形成一层薄膜,使其表面变得凹凸粗糙,有利于改善玄武岩长丝与有机聚合物间的界面黏结状况.表明采用KH - 550对玄武岩纤维织物进行表面改性处理,可以改善其表面,同时不损伤拉伸性能.     

PPTA@ZnO NWs的功能化修饰及导热绝缘纸基材料的制备与研究

为了提高芳纶纤维纸基材料的导热性,通过水热合成法在对位芳纶纤维(PPTA)表面生长氧化锌纳米线(ZnO NWs),进一步用硅烷偶联剂KH550对PPTA@ZnO NWs进行功能化修饰,采用湿法造纸技术制备PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料并研究其导热性能、绝缘性能及力学性能。结果表明,ZnO NWs成功地均匀包覆在PPTA表面。与PPTA纸基复合材料相比,PPTA@ZnO NWs纸基复合材料的导热系数可达0.455W/(m·K),提高115.64%,且介电强度满足绝缘要求。经硅烷偶联剂KH550功能化修饰后,PPTA@ZnO NWs-KH550纸基复合材料导热系数较修饰前基本保持不变,呈现优异的绝缘性和良好的力学性能,介电强度增加3.69%,拉伸强度提高58.75%。     

Preparation and Functional Design of Polyethyleneimine Reinforced Nanocellulose-based Aerogel

An aerogel electrode composed of conductive active materials based on nanocellulose aerogels can absorb more electrolytes, as well as enhance electron transport and ion diffusion channels. In the present study, aerogels with high strength were successfully prepared using 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy free radical (TEMPO)-oxidized cellulose nanofibrils (CNF) as a raw material and polyethyleneimine (PEI) as a cross-linking agent. Simultaneously, functional electrode materials were prepared via self-assembly. Based on our findings, PEI can significantly improve the water and solvent solubility and enhance the wet strength and shape recovery ability of CNF aerogels. Meanwhile, the minimum density of the aerogel reached 0.0160 g/cm³, the maximum porosity was approximately 98.5%, and the maximum stress approximated 0.02 MPa. Furthermore, electrochemical tests revealed that after self-assembly of reduced graphene oxide (RGO) and polyaniline (PANI) solution, the mass specific capacitance of the functional composite aerogel was approximately 92 F/g and exhibited good charge-discharge performance.     

硅烷偶联剂改性TiO2/聚丙烯酸树脂复合材料的制备及其复鞣性能

以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、TiO₂为原料,通过脱水缩合反应制备出一种新型硅烷偶联剂改性TiO₂填料,将硅烷偶联剂改性TiO₂与聚丙烯酸树脂球磨共混制备复合材料,并应用于制革复鞣填充工序。研究结果表明:KH550与KH560物质的量之比为4∶6,TiO₂与硅烷偶联剂物质的量之比为100∶7.5,温度为30℃,pH值为10时,此时硅烷偶联剂改性TiO₂粒径分布系数最小为0.212,粒径为4660 nm。将硅烷偶联剂改性TiO₂/聚丙烯酸树脂(SCA-TiO₂-PAC)复合材料应用于制革复鞣填充工序,与聚丙烯酸树脂相比,物理机械性能可提升10%左右,甲醛含量可下降至16 ppm以下。     

基于疏水型二氧化硅气凝胶制备无氟自清洁超疏水棉织物

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源,水为溶剂,在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作用下,通过溶胶-凝胶反应,并采用环境压力干燥法(APD)制备了超疏水二氧化硅气凝胶。将二氧化硅气凝胶粉和聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过喷涂法整理到棉织物上,分别采用扫描电镜、红外光谱仪、接触角测量仪对整理棉织物的结构、形貌和疏水性进行表征。结果表明:制备的二氧化硅气凝胶具有典型的三维网状多孔结构,同时具有超疏水性能;整理棉织物(PDMS/SiO2@棉织物)展示出非常优异的超疏水性能,水接触角(WCA)高达161.1°,同时也具有较好的抗黏附、自清洁以及抗污性能。     

TiO2/SiO2气凝胶隔热涂层帐篷材料的制备

试验选取TiO2和SiO2气凝胶,制备SiO2气凝胶涂层剂、TiO2涂层剂以及TiO2/SiO2气凝胶涂层剂,并将其涂覆在帐篷表面,制得隔热帐篷材料。通过测量涂层织物的内外温差、拉伸断裂强力和导热系数,讨论功能粒子质量分数对隔热效果的影响。结果表明,未涂层织物内外温差为19.8℃;当SiO2气凝胶质量分数为5%时,织物内外温差为7.9℃;当TiO2质量分数为12%时,织物内外温差为2.6℃;当两者复配以后,5%SiO2气凝胶+12%TiO2时,帐篷隔热性能最好,和未涂层织物相比,内外温差降低17.2℃,拉伸断裂强力为2 173.3 N,导热系数为0.056 W/(m·K)。     

偶联剂对ABS/AlN复合材料力学性能的影响

利用熔融共混法制备了ABS/AlN复合材料,研究了不同的偶联剂用量对其力学性能的影响.结果表明:当使用1.5%的硅烷偶联剂KH—570处理AlN后,可使复合材料的拉伸强度提高34%,缺口冲击强度提高96%以上;钛酸酯—201的用量为2.0%时改性效果最好,可使复合材料的拉伸强度提高39%,缺口冲击强度提高300%.通过对缺口冲击断面的SEM分析发现,经过偶联剂改性的A lN与ABS基体的界面粘合作用增强,可使复合材料抵抗外力的能力得到提高.