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基本信息

項(xiàng)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
簡(jiǎn)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(qiáng)的范德華力，阻止其發(fā)生團(tuán)聚，實(shí)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(qiáng)效應(yīng)凸顯。
詳細(xì)介紹：
從國內(nèi)外對(duì)碳納米管增強(qiáng)基體高聚物的研究中發(fā)現(xiàn)，要有效實(shí)現(xiàn)碳納米管的納米增強(qiáng)效應(yīng)，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(qiáng)的范德華力使其發(fā)生團(tuán)聚，難以均勻分散在基體樹脂中。因此必須對(duì)碳納米管的表面做適當(dāng)?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?cè)噲D利用木質(zhì)素表面非共價(jià)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(qiáng)。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(dāng)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(xué)性能。

作品圖片

  • 木質(zhì)素包覆碳納米管的制備及其在ABS中的分散
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  • 木質(zhì)素包覆碳納米管的制備及其在ABS中的分散
  • 木質(zhì)素包覆碳納米管的制備及其在ABS中的分散
  • 木質(zhì)素包覆碳納米管的制備及其在ABS中的分散

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(duì)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(jià)修飾碳納米管的新方法；基本思路：針對(duì)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(qiáng)ABS樹脂。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

由于木質(zhì)素與碳納米管和ABS之間較強(qiáng)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(qiáng)研究，得到一條工業(yè)木質(zhì)素綜合利用的新途徑。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

擴(kuò)大工業(yè)木質(zhì)素的應(yīng)用范圍、提供其實(shí)用價(jià)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(fù)合材料的新途徑。這對(duì)我國經(jīng)濟(jì)的的可持續(xù)發(fā)展具有重要的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)意義。

學(xué)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(shí)。SEM分析表明，相對(duì)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(duì)于純CNTs和木質(zhì)素，在添加量?jī)H為1wt%時(shí)，lignin-w-CNTs使得ABS的拉伸強(qiáng)度提高地最為明顯，約為7.04wt%，同時(shí)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(jiǎng)情況

由本研究所著英文學(xué)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(yīng)用化學(xué)工程國際學(xué)術(shù)會(huì)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(xiàn)

[1] 蔣挺大. 木質(zhì)素. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001. [2] 楊淑智. 植物纖維化學(xué). 北京：中國輕工業(yè)出版社，2001. [3] L. Vescovo, M. Sangermano, R. Scarazzini, G. Kortaberria, and I. Mondragon, “In-situ-Synthetized Silver/Epoxy Nanocomposites: Electrical Characterization by Means of Dielectric Spectroscopy,” Macromolecular Chemistry and Physics, Vol. 211, no. 17, pp. 1933-1939, September 2010. [4] 孫曉剛. 碳納米管的特性及應(yīng)用. 中國粉體技術(shù)，2001，7：29-33 [5] A. M. K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, M. Tahera, and S. Lanka, “Effect of carbon nanotube (CNT) content on the mechanical properties of CNT-reinforced aluminium composites,” Composites Science and Technology, Vol. 70, no. 16, pp. 2237-2241, December 2010. [6] W. S. Bacsa, D. Ugarte, A. Chatelain, and W. A. Deheer, “High-Resolution Electron-Microscopy and Inelastic Light-Scattering of Purified Multishelled Carbon Nanotubes,” Physical Review B, Vol. 50, no. 20, pp. 15473-15476, November 1994. [7] 張樹霖. 拉曼光譜學(xué)與低維納米半導(dǎo)體. 北京：科學(xué)出版社. 2008

同類課題研究水平概述

木質(zhì)素的儲(chǔ)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(shí)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(yīng)用是多年來人們一直所關(guān)注的問題，也是我國科學(xué)發(fā)展的一個(gè)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(duì)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(dāng)成燃料被燒掉，造成極大的資源浪費(fèi)。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(dá)國家的一個(gè)熱點(diǎn)課題。 由于工業(yè)木質(zhì)素是一種儲(chǔ)量大，價(jià)格低廉、且可生物降解的生物質(zhì)高分子材料，被認(rèn)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(gè)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(qiáng)度（~200MPa），碳納米管（carbon nanotubes）作為一種納米增強(qiáng)填料得到了廣泛的關(guān)注，其在較低的添加量時(shí)，即可使高分子材料的強(qiáng)度得到極大的提高。然而，由于碳納米管自身的纏繞及很強(qiáng)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(qiáng)效應(yīng)難以得到體現(xiàn)。 ABS樹脂是一種性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的熱塑性工程塑料，具有力學(xué)性能優(yōu)異，耐化學(xué)腐蝕，易加工可回收等優(yōu)點(diǎn)?？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(yīng)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(xué)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?cè)O(shè)想，可否先用堿木素對(duì)碳納米管進(jìn)行表面修飾，然后將其用于ABS樹脂的增強(qiáng)。一方面，木質(zhì)素的表面修飾使得碳納米管不會(huì)團(tuán)聚，從而更容易在ABS基體中得到均勻分散，進(jìn)而可有效增強(qiáng)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(jià)值。 基于上述考慮，我們開展該項(xiàng)工作，并取得了預(yù)期的結(jié)果。
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