高强透明纤维素材料的制备、 结构与性能

doi:10.7503/cjcu20180177

高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (10): 2298.doi: 10.7503/cjcu20180177

高强透明纤维素材料的制备、结构与性能

刘宇¹, 陈港¹, 朱家添¹, 陈文锦¹, 胡稳¹, 刘映尧¹, 方志强^1,²()

1. 华南理工大学, 制浆造纸工程国家重点实验室, 广州 510640
2. 华南协同创新研究院, 华南理工大学, 东莞 221116

收稿日期:2018-03-07 出版日期:2018-09-29 发布日期:2018-09-29
作者简介:
联系人简介: 方志强, 男, 博士, 副研究员, 主要从事纤维素基材料的基础理论和应用研究. Email: mszhqfang@scut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学青年科学基金(批准号: 31700508)、广东省自然科学基金-博士启动基金(批准号: 2017A030310635)、广州市珠江科技新星专项基金(批准号: 201806010141)和广东省科技计划项目(批准号: 2017B090903003)资助.

Preparation, Structure and Properties of Strong, Transparent Cellulose Materials^†

LIU Yu¹, CHEN Gang¹, ZHU Jiatian¹, CHEN Wenjin¹, HU Wen¹, LIU Yingyao¹, FANG Zhiqiang^1,^2,^*()

1. State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
2. South China Institute of Collaborative Innovation, South China University of Technology, Dongguan 221116, China

Received:2018-03-07 Online:2018-09-29 Published:2018-09-29
Contact: FANG Zhiqiang E-mail:mszhqfang@scut.edu.cn
Supported by:
† Supported by the Young Scientists Fund of the National Natural Science Foundation of China(No.31700508), the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China(No.2017A030310635), the Fund of Zhujiang Science and Technology New Star of Guangzhou, China(No.201806010141) and the Science and Technology Program of Guangdong Province, China(No.2017B090903003).

摘要/Abstract

摘要：

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. 其最高透光率为68%(600 nm), 雾度达到93%(600 nm), 最大拉伸强度和弹性模量分别为362 MPa和9.5 GPa. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)、热失重分析(TGA)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计和拉伸试验仪等对高强透明纤维素材料的结构、纤维素晶型、力学性能、热稳定性及光学性能进行了表征和分析, 初步解析了该纤维素材料具有较高透光率和抗张强度的原因.

关键词: 高强透明, 纤维素材料, 对齐结构, 杉木, 脱木质素, 力学性能

Abstract:

A strong, transparent cellulose material was prepared by a two-step method(delignification and pressure drying). The obtained cellulose material not only exhibited a highest transmittance of 68%(600 nm) and a transmission haze of 95%, but also has a maximum tensile strength of 362 MPa and an elastic modulus of 9.5 GPa. Scanning electron microscope(SEM), X-ray diffraction(XRD), thermal gravimetric analyzer(TGA), ultraviolet-visible(UV-Vis) spectrophotometer, and tensile tester were applied to analyze the structure, mechanical and optical properties, thermal stability, and crystallinity of cellulose material. and the underlying principles for the optical transparency and strong tensile strength of the cellulose material was confirmed based on above characterizations.

Key words: Strong tensile strength and transparency, Cellulose material, Aligned structure, Fir wood, Delignification, Mechanical property

中图分类号:

O631
TB34

TrendMD:

刘宇, 陈港, 朱家添, 陈文锦, 胡稳, 刘映尧, 方志强. 高强透明纤维素材料的制备、结构与性能. 高等学校化学学报, 2018, 39(10): 2298.

LIU Yu,CHEN Gang,ZHU Jiatian,CHEN Wenjin,HU Wen,LIU Yingyao,FANG Zhiqiang. Preparation, Structure and Properties of Strong, Transparent Cellulose Materials^†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(10): 2298.

图/表 8

Fig.1 Preparation of high strength and transparent cellulose materials

Fig.2 SEM images of the cross section(A—C) and the surface(D—F) of the wood chips(A, D), the bleached wood chips(B, E) and the whole cellulose material(C, F)

Fig.3 Stress-strain curves of the natural wood(a), cellulose material(b) and the paper from isotropic wood fiber(c)(A) and stress-strain curves of the high-strength transparent cellulose material in the latitude direction(B)

Fig.4 Transmittance and haze of high-strength transparent cellulose material

Table 1 Lignin content, whiteness and transmittance of wood chips, cooked wood chips, bleached wood chips and high-strength transparent cellulose material

Complex	Natural wood	Wood chips after cooking	Wood chips after bleaching	Cellulose material
Lignin content(%)	25.5	3.9	0.2	0.2
Whiteness(%)	42	38.2	70.5	74.6
Transmittance(%)	0	0	35.7	68

Fig.5 Light scattering effect of high-strength transparent cellulose material

Fig.6 TG(A) and DTG(B) curves of nature wood(a) and high-strength transparent cellulose material(b)

Fig.7 XRD pattern of high-strength transparent cellulose material

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