蔺家成,林涛,魏潇瑶,鲁璐璐,刘飞亚,殷学风.凹凸棒对纳米纤维素基气凝胶结构及性能的影响研究[J].中国造纸学报,2023,38(3):124-132 本文二维码信息
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凹凸棒对纳米纤维素基气凝胶结构及性能的影响研究
Effect of Attapulgite on the Structure and Properties of Cellulose Nanofibrils Composite Aerogel
投稿时间:2023-05-25  
DOI:10.11981/j.issn.1000-6842.2023.03.124
中文关键词:  纳米纤维素  凹凸棒  气凝胶  增强材料
Key Words:nanocellulose  attapulgite  aerogel  reinforced material
基金项目:陕西省自然科学基础研究项目(2019JM-485);国家大学生创新创业培养计划(S202010708007);陕西省造纸技术与专用纸开发重点实验室资助。
作者单位邮编
蔺家成* 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
林涛 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
魏潇瑶 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
鲁璐璐 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
刘飞亚 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
殷学风 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室中国轻工业纸基功能材料 重点实验室教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 710021
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中文摘要:
      以纤维素纳米纤丝(CNF)作为原料,以凹凸棒(ATP)作为增强材料,通过制备不同质量比的纳米纤维素-凹凸棒(CNF-ATP)悬浮液;然后利用液氮梯度冷冻和冷冻干燥的方法制备了CNF-ATP复合气凝胶。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等手段对制备所得气凝胶样品进行分析,探究了不同ATP的添加量对CNF-ATP气凝胶结构的影响。结果表明,CNF-ATP的前驱体悬浮液Zeta电位为-31.20 mV,粒径分布主要在1000 nm以上。随着ATP添加量的提高,CNF-ATP复合气凝胶的湿、热稳定性及抗应变能力也显著提升,热分解温度超过了305 ℃,在溶液中浸渍72 h仍能保持湿稳定性。同时,研究发现当CNF和ATP质量比为2∶1时,CNF-ATP复合气凝胶的抗应变能力和柔韧平衡性最佳,形变承受程度可高达45%。该比例下CNF-ATP复合气凝胶的湿、热稳定性也得到了极大程度的提升,ATP在气凝胶孔壁上的分布状况表现了其分散性良好。
Abstract:
      Using cellulose nanofibers (CNF) as raw material and attapulgite (ATP) as reinforcing material, CNF-ATP suspension with different ratios were prepared, and then CNF-ATP composite aerogels prepared by liquid nitrogen gradient freezing and freeze-drying. The effect of different amount of ATP on the structure of CNF-ATP aerogel was analyzed by means of infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD) and thermogravimetric analysis (TG). The results showed that the Zeta potential of the precursor suspension of CNF-ATP was -31.20 mV, and the particle size distribution was mainly above 1000 nm. As the amount of ATP added increasing, the humidity and heat stability and strain resistance of the CNF-ATP composite aerogel were also significantly improved. The thermal decomposition temperature exceeded 305 ℃, and the humidity stability was maintained after 72 h of immersion in the solution. At the same time, the study found that when the mass ratio of CNF and ATP was 2∶1, the CNF-ATP composite aerogel had the best strain resistance and flexibility balance, and the deformation tolerance could be as high as 45%. The humidity and heat stability of the CNF-ATP composite aerogel at this ratio has also been improved to the greatest extent, and the distribution of ATP on the pore wall of the aerogel showed its good dispersion.
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