基本信息
- 項目名稱：
- 木質(zhì)素包覆碳納米管的制備及其在ABS中的分散
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本文利用木質(zhì)素，通過超聲分散等物理方法，成功包覆了碳納米管，使其功能化。此方法克服了碳納米管之間較強的范德華力，阻止其發(fā)生團聚，實現(xiàn)其在基體中的均勻分散，由此使得碳納米管的納米增強效應凸顯。
- 詳細介紹：
- 從國內(nèi)外對碳納米管增強基體高聚物的研究中發(fā)現(xiàn)，要有效實現(xiàn)碳納米管的納米增強效應，必須使得碳納米管均勻分散在基體樹脂中。而純的碳納米管由于自身的纏繞以及較強的范德華力使其發(fā)生團聚，難以均勻分散在基體樹脂中。因此必須對碳納米管的表面做適當?shù)男揎?。而木質(zhì)素作為制漿造紙工業(yè)的副產(chǎn)物，其在工業(yè)中的使用率并不高，并造成了一定的環(huán)境污染。于是，我們試圖利用木質(zhì)素表面非共價修飾碳納米管，并將制得的功能化的碳納米管用于ABS的增強。由于木質(zhì)素在結(jié)構(gòu)上和碳納米管、ABS存在相似性，它成功的充當了二者的界面改性劑，添加了功能化的碳納米管賦予了ABS以更優(yōu)異的力學性能。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 撰寫目的：本作品源于對木質(zhì)素、碳納米管的結(jié)構(gòu)研究，通過超聲波處理得出一條非共價修飾碳納米管的新方法；基本思路：針對目前工業(yè)木質(zhì)素的使用率不高，且造成環(huán)境污染的問題，本研究首先將其包覆碳納米管，然后用功能化碳納米管增強ABS樹脂。
科學性、先進性及獨特之處
- 由于木質(zhì)素與碳納米管和ABS之間較強的界面相互作用，本作品創(chuàng)新地采用木質(zhì)素修飾包覆碳納米管并用于ABS樹脂的增強研究，得到一條工業(yè)木質(zhì)素綜合利用的新途徑。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 擴大工業(yè)木質(zhì)素的應用范圍、提供其實用價值；探索出了一條木質(zhì)素綜合利用的新思路；探索出了制備一種高性能納米復合材料的新途徑。這對我國經(jīng)濟的的可持續(xù)發(fā)展具有重要的科學價值和社會意義。
學術(shù)論文摘要
- 本文采用工業(yè)堿木素成功包覆碳納米管(CNTs)，用透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察表明, CNTs的表面被木質(zhì)素所涂膜，功能化的碳納米管直徑明顯增大，該結(jié)果也被拉曼光譜所證實。SEM分析表明，相對于純CNTs，被木質(zhì)素包覆的碳納米管(lignin-w-CNTs)能更為均勻地分散在ABS基體中。另外，相對于純CNTs和木質(zhì)素，在添加量僅為1wt%時，lignin-w-CNTs使得ABS的拉伸強度提高地最為明顯，約為7.04wt%，同時CNTs和lignin-w-CNTs均使得ABS的楊氏模量得到極大的提高，均約為43.2wt%。
獲獎情況
- 由本研究所著英文學術(shù)論文《Fabrication of lignin-wrapped carbon nanotubes and its dispersion in ABS resin》已于2011年2月20日在2011年應用化學工程國際學術(shù)會議（ICACE2011,中國香港）論文集上出版,所有錄用的論文將被EI和ISTP檢索。
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 木質(zhì)素的儲量在自然界中僅次于纖維素，每年以500億噸左右的速度再生，尤其是在紙漿造紙工業(yè)中，每年要從植物中分離出1.4億噸的纖維素，同時得到5000萬噸左右的木質(zhì)素副產(chǎn)品，其中主要是堿木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸鹽。深入開發(fā)工業(yè)木質(zhì)素尤其是堿木素的應用是多年來人們一直所關(guān)注的問題，也是我國科學發(fā)展的一個重要研究課題。拓展木質(zhì)素的開發(fā)利用，不但可以變廢為寶，更是可以從根本上解決造紙業(yè)對環(huán)境污染的可行辦法。但迄今為止，超過95%的分離木質(zhì)素的回收，就是濃縮后被當成燃料被燒掉，造成極大的資源浪費。因此，無論從綜合治理造紙工業(yè)水污染，還是節(jié)省石油、天然氣等不可再生資源方面考慮，都使木質(zhì)素的綜合利用研究成為世界各國特別是發(fā)達國家的一個熱點課題。 由于工業(yè)木質(zhì)素是一種儲量大，價格低廉、且可生物降解的生物質(zhì)高分子材料，被認為是一種很有潛力的高分子共混物的填料。但迄今仍然只有一少部分木質(zhì)素被充分利用。最近，Liu 等人發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，木質(zhì)素可以用作碳納米管或石墨烯的分散劑或穩(wěn)定劑。 近年來，由于極高的彈性模量（1.0TPa）和強度（~200MPa），碳納米管（carbon nanotubes）作為一種納米增強填料得到了廣泛的關(guān)注，其在較低的添加量時，即可使高分子材料的強度得到極大的提高。然而，由于碳納米管自身的纏繞及很強的范德華力使其在聚合物基體中難以均勻分散，致使其納米增強效應難以得到體現(xiàn)。 ABS樹脂是一種性能優(yōu)異、應用廣泛的熱塑性工程塑料，具有力學性能優(yōu)異，耐化學腐蝕，易加工可回收等優(yōu)點?？紤]到木質(zhì)素分子中含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)和極性的羥基及醚鍵，而ABS分子中也含有苯環(huán)和極性的腈基，因此，ABS理應與木質(zhì)素具有很好的相容性。研究發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素可以以納米尺寸分散在ABS基體中，且可使ABS的力學性能得到一定提高。 綜上所述，既然木質(zhì)素可以作為碳納米管的分散劑，且與ABS具有良好的界面相容性，因此，我們設(shè)想，可否先用堿木素對碳納米管進行表面修飾，然后將其用于ABS樹脂的增強。一方面，木質(zhì)素的表面修飾使得碳納米管不會團聚，從而更容易在ABS基體中得到均勻分散，進而可有效增強ABS樹脂；另一方面，堿木素也可使ABS具有一定的生物降解性，并拓展了堿木質(zhì)素的使用價值。 基于上述考慮，我們開展該項工作，并取得了預期的結(jié)果。
