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不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊 CEJ:高產率制備阻燃的納米木質纖維基隔熱材料
2022-05-06  來源:高分子科技

  隔熱材料被廣泛應用于建筑熱管理和制冷設備等領域,是構建低碳生活的一個重要組成部分。目前市面上主流的隔熱材料主要有石油基材料(聚苯乙烯、聚氨酯等)和無機材料(玻璃纖維等)。從纖維素和木材這類可再生資源也可制備隔熱材料,但因其較差的隔熱性能和必須額外添加阻燃劑以實現消防安全,目前在市面上只有不到5%市場占有率。


  近日,加拿大不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊報道了一種利用低共熔體系(deep eutectic solvent),從低成本木纖維高產率制備硫酸銨接枝的納米木質纖維,并將其組裝成具有優異阻燃和隔熱性能材料的方法(圖1)。

 


1 從低成本木纖維(化學機械熱磨漿CTMP)制備防火隔熱材料 


  通過一步氨基磺酸/尿素低共融體系實現了木質纖維的“類加成”反應,提升了表面電荷密度從而促進了納米木質纖維的低能耗、高產率(~151%)制備,并最大限度減少了副產物的生成。有趣的是,通過一步低共融體系原位引入的帶電硫酸銨基團(高達3.53 mmol/g)同時給木質纖維提供了優異的阻燃性。這使得其自組裝形成的多孔氣凝膠(圖2)的極限氧指數(LOI)達到了35.3%,在不需要進行額外阻燃劑處理的情況下表現出優異的阻燃性(圖3)。其宏觀導熱系數在31-32 mW/m?K區間,與市面主流隔熱材料性能相當(圖3)。



納米木質纖維自組裝形成的具有微米蜂巢構型的多孔材料,及其力學/熱穩定性能 



木質纖維基多孔材料的隔熱和阻燃性能


  該工作以“Developing flame-retardant lignocellulosic nanofibrils through reactive deep eutectic solvent treatment for thermal insulation”為題發表在《Chemical Engineering Journal》上(Chemical Engineering Journal2022, 445, 136748)。文章第一作者是加拿大不列顛哥倫比亞大學博士后朱曄凌博士。該研究得到加拿大聯邦自然科學與工程基金委(NSERC)和不列顛哥倫比亞省林業部的共同支持。


  該工作是團隊近期關于納米纖維素/納米木質纖維的制備與自組裝相關研究的最新進展之一。作為一類在功能食品、生物醫藥、清潔能源、海水淡化、環境保護等領域具有廣泛應用前景的基礎材料,如何提升納米纖維素/納米木質纖維的品質,降低副產物的生成從而實現高效環保生產,具有非常高的經濟和社會價值。為此團隊探究了過去幾年內綠色制備納米纖維素/納米木質纖維領域的最新進展(Carbohydrate Polymers2021, 267, 118188),重點研究了可回收有機酸(Industrial Crops and Products2021, 173, 114148)和二元/三元低共熔體系(Carbohydrate Polymers2020, 247, 116727; ACS Sustainable Chemistry & Engineering2020, 8.18, 7182),并探索了阻燃改性方案(Advanced Engineering Materials2022, 202101534)。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136748

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(責任編輯:xu)
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