浅谈纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料

王雨朦 顾锋雷 汪迪良 刘文峰 刘金凤 余阳洋

摘要：由于纖维素纳米纤维有着比较特殊的结构以及性能特征，所以在对增强聚合物，制作复合材料方面有着十分广泛的运用。本文主要阐述了纤维素纳米纤维的特点，以及对纤维素纳米纤维进行化学改性分析并简述纤维素纳米纤维增强聚合物的研究进展。

关键词：纤维素纳米纤维;增强;复合材料

一、CNF的表面化学改性

CNF有着一定的纳米尺度，并且含有着数量较多的羟基，所以经常会产生团聚的情况，而且CNF和非极性聚合物的相容效果并不理想。通过对研究CNF进行化学改性，控制CNF表面的极性以及自由能，有效地加强了CNF和增强聚合物的相容性，制备了性能非常优秀的复合材料。一般用到的CNF表面化学改性方式主要包括将CNF表面进行衍生化和表面接枝等。

（一）表面衍生化

CNF的表面衍生化改性通常都是针对CNF中的羟基所产生的相关衍生化反应，其中，最常见的便是CNF的表面酯化和醚化改性。和一些低分子醇类材料相同，CNF也能与酸产生反应并产生纳米纤维素酯，而和烷基化剂发生反应产生纳米纤维素醚等。CNF的酯化改性一般包含乙酰化等，其反应过程可以在多种溶液中进行，产生相关的取代度不一的物质。而醚化改性通常是按照对CNF极性的需求，通过各种醚化剂的使用，使其和CNF中的羟基发生脱水成谜反应，实现减少CNF表面极性的目标。CNF进行衍生化改性之后，表面极性大大降低，表面的羟基变为非极性基团，并且加强了CNF和非极性聚合物的反应效果以及相容性。

（二）表面枝接

CNF的表面枝接改性一般都是利用游离基聚合和加成反应，来把聚合物中体积较大的分子移接到CNF中，使CNF的直接聚合物既可以拥有CNF原本优秀的特征，还能够具有合成聚合物的新特性，比如稳定性和吸水性等。把聚己内酯在催化剂的催化下通过开环聚合反应的方式移接到CNF中，加强CNF在非极性有机溶液中的散布能力。移接到CNF中的聚合物分子不但能为CNF提高性能活性，而且还可以在横向上产生反应，相互结合，也提高了CNF分子的结构密集性。

二、CNF对聚合物复合材料的增强效果

（一）CNF对环氧树脂复合材料的增强

环氧树脂有着较强的粘结性和稳定效果，并且也更加便于进行处理，在一些涂料和复合材料的运用上十分普遍，不过环氧树脂也有着在固态时材质较脆、强度较差等缺陷。而拥有纳米尺度的纤维素纳米纤维则能够和环氧树脂进行充分的反应，如果此时可以提高其与复合组分的相容性问题，那么便能大大加强环氧树脂的材料强度以及功能性。

通过利用硅烷偶联剂和太酸偶联剂来对CNF进行加工，之后再把环氧树脂加入到CNF溶液当中，并浇筑成膜，将其中的病痛溶液通过蒸发的形式分离出去，然后环氧树脂便会开始凝结，由此制作出CNF增强环氧树脂复合材料。研究结果显示，在一些偶联剂中，无机基会直接发生水解反应，产生硅醇，之后便开始与CNF中的羟基发生反应，而偶联剂中的有机基则能够和环氧树脂进行结合，使其结构更加稳定，通过偶联剂的媒介效果，能够做到将环氧树脂中的CNF的合理排列。经过偶联剂作用之后，环氧树脂和CNF会出现一定的粘结效果，而CNF中的构造却并不会受到偶联剂的作用，这也最大程度上提高了CNF增强环氧树脂的作用。将细菌纤维素作为原材料，先是压成片型状态，之后便利用真空状态将其浸泡在环氧树脂溶液中，最后通过凝结，便可以获得强度非常高的CNF增强环氧树脂透光材质，而这一材质未来将很可能用在液晶显示屏的原材料当中。

（二）CNF对酚醛树脂复合材料的增强

酚醛树脂凭借着粘结强度、防水、抗高温、抗低温等优势被普遍运用在胶粘剂和涂料中。不过酚醛树脂由于结构上的原因所以经常出现氧化的问题，这使得酚醛树脂的抗热性和抗氧化性大大降低，并且酚醛树脂在凝结成固态之后，其中的构造智能通过亚甲基连接，所以整体材质强度非常低，所以加强酚醛树脂的强度和抗热性在对其研究和运用上都是非常重要的课题。面对这一情况，利用CNF来增强酚醛树脂来制作复合材料也是现阶段研究结果中较为有效的手段。主要植被流程为：第一，将CNF中的水悬浊液水分去除，将其制作成较薄的片状材料。第二，薄片加入到酚醛树脂溶液中。第三，先对其进行减压，而后再进行加压，使酚醛树脂能够与CNF薄片更加充分地反应。第四，把CNF薄片进行层叠热压，以此来获得CNF增强酚醛树脂复合材料。通过对CNF的内部构成、CNF外显状态以及碱处理等方式来对CNF增强酚醛树脂复合材料进行强度以及抗热性等性能的检测，结果显示，CNF和酚醛树脂的反应速率非常优秀，而随着CNF尺度的减少，复合材料的抗热性和强度则会有着明显的提升。

结束语：现阶段，纤维素纳米纤维的研究越来越深入，在其对于一些聚合物的增强效果上也获得了一定的成绩。纤维素纳米纤维的运用可以明显增强聚合物的强度，改善了聚合物的热稳定性，也拓展了聚合物的功能性。

参考文献：

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