高热绝缘性、透明性的纳米纤维素/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

1)研究目的课题研究的目的是以生物质纳米纤维素(CNFs)提高聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的力学强度和隔热性,制备一种高透光率、高雾度、良好的隔热性以及优异力学性能的复合材料,期望取代建筑中常用的无机和有机玻璃和部分建筑材料,达到节能降耗的效果。

2)研究意义为了解决能源短缺问题,通过可持续的新材料来降低住宅和商业建筑的能耗是目前相关科研部门的研究焦点。

建筑物能源的消耗多在于建筑材料自身的环境不友好和能耗等问题,其中透明墙体及窗体材料的保温隔热性差成了能源浪费最直接的源头。

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2. 国内外研究现状分析

透明木材的相关研究证明了木材的透明度主要被它自身的结构和化学组成成分影响,结构上木材具有使可见光发生强烈光散射的介孔通道,组分上木材主要由综纤维素(70%)和木素(30%)两种成分组成,以及一些树脂等其他物质。

综纤维素为纤维素和半纤维素的统称,是无色物质,化学结构相对简单; 而木素化学结构相对复杂。

Murayama 等于1998年 率先使用直径长度为 20 ~ 90 nm 的纳米纤维素纤维( NFC) 制备一种半透明、具有高抗张强度的纸张。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:一、纳米纤维素的制备方法:制备不同粒径大小纳米纤维素具体步骤:1)称取10g毛竹粉(60目或者80目),含水率约5%,倒入质量分数2.5%的亚氯酸钠(NaClO2)溶液(用1%的醋酸调节至ph=4.0-4.5)3000mL,充分搅拌均匀;2)将上述产物放入75℃的水浴锅中加热1.5-2h,以去除毛竹粉中的木质素,然后将溶液真空抽滤;再重新加入约250ml的NaClO2溶液进行加热反应,重复此步骤6-8次,直至毛竹粉变白或不再变色,用去离子水洗至中性,得到综纤维素;3)将洗至中性的棕纤维素倒入300ml的5%的NaOH溶液中,在80℃的水浴锅中反应3h,颜色变为橙黄色;4)倒入300ml的5%dNaOH溶液,常温下静置24h,最后用蒸馏水洗至中性,再放入烘箱中干燥24h,得到纯度较高的α-纤维素;注:得率为40%。

5)TEMPO氧化取Tempo:溴化钠(NaBr):绝干α-竹纤维素:次氯酸钠(NaClO2)=0.015g:0.15g:1g:(4、6、8、10、12)mmol的比例进行;例:称取0.015gTEMPO和0.15gNaBr溶于100ml去离子水中,加入1g的α-纤维素持续搅拌至全部溶解,再缓慢滴入10mmol纯纤维素的次氯酸钠(次氯酸钠配置成浓度为20%的溶液),滴完后快速用1mol/L稀盐酸和0.5mol/LNaOH溶液调节pH至10左右,使之始终保持在10左右,反应至ph不在变化(至少2h后)加入10ml无水乙醇终止反应,用去离子水洗至中性;6)超声离心取5mg/mL的氧化纤维素溶液200ml在450W功率下超声40min,然后离心处理10min(速度10000r/min,600W),收集离心管中的上清液,即得到纳米纤维素悬浮液;7)储存将上述得到的纳米纤维素溶液通过旋转蒸发仪调节成5mg/mL,放置于4℃冰箱中存储。

二、纳米纤维素/聚甲基丙烯酸甲酯(CNFs/PMMA)复合薄膜的制备为防止单体 MMA 在运输或者储存过程中发生自聚,其中添加有少量阻聚剂对苯二酚。

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4. 研究创新点

1、纳米纤维素/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的基体材料,来源广泛,能充分利用可持续资源,对环境友好。

2、准确的探究了纳米纤维素的形态及添加比例对复合薄膜的透光性、热绝缘性、抗拉强度以及热稳定性的影响。

3、希望通过本次试验研究可以将此复合薄膜作为一种建筑节能原料,取代热绝缘性差、易碎的玻璃材料。

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