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硝化纖維素的物理改性與應用

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1.1賽璐珞

賽璐珞是通過硝化纖維素與樟腦共混制成的一種合成塑料,其開發初衷是用于替代象牙制品,減少對野生大象的捕殺。最初的合成工作于1869年完成,并于1872年注冊商標,命名為“賽璐珞”。賽璐珞生產工藝、設備簡單,價格低廉。賽璐珞有較強的抗張力,耐酸、耐油、耐水。對賽璐珞的使用高峰出現在18世紀末和19世紀初,但其易燃的缺陷很快暴露出來,并在很多方面被其它更耐火更安全的新型合成高分子材料所取代。即使如此,賽璐珞仍然是當今塑料材料中不可缺少的重要成員之一。

1.2 水性硝化纖維素涂料

傳統的硝化纖維素涂料性能出眾,易施工、快干、具有較好的耐候性,至今仍被廣泛應用。但其VOC量居溶劑型涂料產品之首,且含有苯以及苯系衍生物這類致癌物質 。隨著社會上環保意識的增強以及國家政策的日漸嚴苛,傳統的硝化纖維素涂料面臨巨大挑戰。減少有機溶劑的使用,以水代之,是當前硝化纖維素涂料的發展趨勢 。

水性硝化纖維素涂料中只含有少量有機溶劑,可以用于金屬、木材、皮革和紙張的涂裝。將硝化纖維素與其它樹脂的共混,加入增塑劑與表面活性劑,加水分散成乳液制成水性硝化纖維素涂料,或其相關復合涂料。這樣相比于傳統硝化纖維素涂料,VOC極大降低,但附著力和低溫柔韌性都變差;由于乳化劑或親水成分的引入,涂層在耐水、耐醇性能上有所損失,總而言之仍需進一步改進;盡管如此,其性能也足以做到部分取代傳統硝化纖維素涂料。

就目前而言,水性聚氨酯涂料受關注程度日益提高,其施工簡便、對施工環境要求較低、涂膜性能好,很快便在各個方面得到廣泛應用。雖然性能優異,但其較差的降解性能和快干性能也制約了其更為長遠的發展。而硝化纖維素在天然降解時不產生有害化學物質,再生速度很快;同時傳統的硝化纖維素涂料快干性能非常優秀,因此使用硝化纖維素與聚氨酯共混制作涂料,以硝化纖維素部分替代聚氨酯,將二者優點結合。實現更少使用聚氨酯、提高聚氨酯涂料環保效果、提升涂料性能是具有現實意義的研究方向。有研究表明:以硝化纖維素與聚氨酯共混制得得改性涂料具有較好得柔韌性和強度,耐寒、熱性能優良 。

1.3 硝化纖維素膜

硝化纖維素自身具備良好的成膜性能。在生物學研究中,硝化纖維素膜對蛋白質有很強的結合能力、兼容多種顯色方法、背景噪音小、使用簡單,因此成為了蛋白印跡最重要的轉移介質 。

盡管硝化纖維素膜的高度易燃性在這一領域被掩蓋,但這一優秀的膜材料還是表現出了脆、易卷、不能重復清洗的缺點,仍需更進一步的研究予以改善。

1.4 納米硝化纖維素

近年來,納米纖維素材料的優異性能逐漸顯現,成為了當前的熱點材料之一。而作為纖維素的衍生物,硝化纖維素的納米化卻較少受到關注。原因可能是目前硝化纖維素材料的市場表現在新材料的圍堵下長期頹勢,且安全事故頻發損傷了社會上對這一材料的信心,最終降低了科研工作者對這一材料的研發興趣。但對于這種獨特的材料來說,對其進行納米化研究依舊是具有現實意義的。

目前已見報道的納米硝化纖維素制法主要是靜電紡絲法和納米纖維素晶須分散液的硝化 。前者可以制得直徑分布比較狹窄的納米硝化纖維素纖維,后者可以制取納米硝化纖維素晶須。二者均具有更大的比表面積、更好的反應活性。使用納米纖維素晶須分散液實施硝化反應時,由于納米纖維素晶須在水中的均勻分散,使反應表現接近于均相反應,硝化反應速率大幅提高,在一定的條件下僅需數分鐘就反應完全。

納米硝化纖維素材料繼承了納米纖維素材料的原有性能,同時保持了自身的化學性質。對于單純的納米纖維素材料來說,其親水性強。在作為增強相制作復合材料時僅與水性材料良好相容,在油性材料中的相容表現差不僅不能表達出其增強、增韌的能力,反而將材料弱化。傳統的涂料研究已經顯示出硝化纖維素良好的油溶性特征,因此將硝化纖維素進行納米化,并與油性高分子材料配合制作先進復合材料是極具發展前景的。

2021-04-24 17:20:25 530次

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