纳米纤维素/二甘氧酰二烯丙酯复合透明隔热材料的制备及其特征开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

二甘醇双碳酸烯丙酯是一种拥有高透明度和耐久性的塑料,类似玻璃,具有强度高,重量轻等特点。然而,由于具有高的导热系数和低的雾度,当作为有机玻璃使用时很难达到节能降耗的作用。

纤维素作为生物质材料的主要成分,它是自然界中来源最广,储量最丰富的天然高分子材料,具有可生物降解、生物相容性以及环境友好等优点。纳米纤维素是指从纤维素中分离出的在一维尺度上达到纳米级别的纤维素,具有比表面积高、力学强度优异、热绝缘性好,透光度高、可自组装以及轻质等优点。

本课题研究的目的是以纳米纤维素和二甘氧酰二烯丙酯为原料制备高强度、透明性好、隔热保温性好的透明材料,希望能够取代目前无机透明的玻璃等材料,达到隔热保温的效果。

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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。

美国马里兰大学 Zhu 等人对椴木进行脱木素处理, 首次制备出两种各向异性、大小为 ( 50 50 3) mm 的透明木材。研究表明不同方向(横向和径向)的椴木块制备出的透明木材复合材料显示出不同的光散射性能和机械性能,沿横向裁切制成的 R-木透光率可高达 90% ,断裂强度和模量分别为 23.38 MPa 和1.22 GPa,沿径向裁切制成的L-木透光率相对低一些,为80%,但拥有更好的力学性能,其断裂强度和模量为R-木的两倍。Haritha等使用简单低成本的方法将山毛榉木材(大叶山毛榉)中去除木质素,然后浸渍环境友好的PMMA,其折射率与细胞壁的折射率相匹配,制作成透明木材,同时保留其三维结构。结果显示,0.1 mm和0.7 mm厚木材样品的最大透光率为70%,最大雾度为49%。马里兰大学的胡良兵教授团队同样用椴木制备出透明木材并表明这种木材的强度比未处理的木材增强了 4 ~ 6 倍,相比于传统的玻璃,其强度更好、绝缘度更高、能进入的光线更多,而相比于塑料材料,其更容易降解。华南理工大学的刘宇等以杉木为原料,通过两步法( 脱木质素和加压干燥) 制备出高强透明纤维素材料,研究得到600nm时透明材料拥有最高透光率68%, 雾度93%,材料的最大拉伸强度和弹性模量分别为 362 MPa 和9. 5 GPa,并初步分析其原因。

南京林业大学唐彩云等采用了正交试验方法,研究了NaOH 与Na2SO3混合溶液处理时间、处理温度、H2O2百分含量三者对透明木质基复合材料木质素含量、纤维素含量、半纤维素含量、透光率和拉伸强度等性能的影响。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

探究纳米纤维素和PADC的添加比例和复合材料的厚度对整个复合材料的透光率、雾度、力学性能、导热率的影响。

研究方法:

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4. 研究创新点

首次系统的研究纳米纤维素(CNFs)的添加量比例和材料厚度对纳米纤维素/聚二甘醇双碳酸烯丙酯(CNFs/PADC)复合材料的透光率、雾度、力学性能、热学性能的影响。

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