利用纖維素納米晶開發(fā)阻燃聚合物的新途徑

2020-03-16 15:12:30 來源：生物基能源與材料閱讀量：11812 評論

導(dǎo)讀：纖維素納米晶來源廣泛,制備方法簡單,是環(huán)境友好型的生物高分子材料,同時具有高結(jié)晶度、高彈性模量和高強度等優(yōu)異性能,是一種新型的增強材料。

　　【塑料機械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】纖維素納米晶來源廣泛,制備方法簡單,是環(huán)境友好型的生物高分子材料,同時具有高結(jié)晶度、高彈性模量和高強度等優(yōu)異性能,是一種新型的增強材料。

　　近期有研究報道，蒙大拿州立大學(xué)的研究人員將表面涂覆阻燃劑的纖維素納米晶體顆粒分散于聚合物中用以提高通用塑料的阻燃性能及力學(xué)性能。許多塑料遇火或高熱會燃燒，納米顆粒的設(shè)計和引入可以限制火焰的產(chǎn)生、防止其蔓延。

　　1、纖維素:化學(xué)技術(shù)的基石

　　纖維素是目前自然界較為豐富的天然高分子之一，利用特殊的化學(xué)反應(yīng)處理植物木漿制得纖維素納米晶，成為以納米尺度運作的化學(xué)技術(shù)的基石。

　　由于粒子的尺寸很小，因此可以將少量的納米粒子分散于大量的聚合物中。當(dāng)粒子表面包裹一層氧化鋅(許多防曬霜中常見的成分)并將其分散到聚合物中時，氧化鋅的阻燃特性就賦予給塑料。

　　2、用于防火和輕量化的納米晶體

　　相較于目前市場上已有的阻燃聚合物，纖維素納米晶用于塑料阻燃是一大進步。傳統(tǒng)的阻燃聚合物主要是土狀礦物，但是這些粒子尺寸很大，要想達到較好的阻燃效果通常添加量需要很多，使得塑料質(zhì)量大幅增加。同時，這些添加劑的大量加入也會損害聚合物的力學(xué)性能，使得塑料變脆。但是納米晶體在聚合物中的引入，反而可以提升材料的性能。

　　但是纖維素晶體的納米尺寸，加上它們的極性電荷如靜電，使得它們很難混入塑料中。纖維素納米晶更傾向于聚集而不是分散。纖維素納米晶在聚合物中均勻分散的問題正是蒙大拿州立大學(xué)的研究人員所要研究的重點。該項研究獲得了由美國農(nóng)業(yè)部國家食品和農(nóng)業(yè)研究149000美元的資助。

　　3、正在測試的新型機械攪拌器

　　該校迪普里特·巴杰瓦教授將開發(fā)新型機械攪拌器以及其他處理裝置，比如用帶電氣體轟擊納米晶體，以便在他的實驗室中將阻燃顆粒混合到塑料中。我們的目標(biāo)是開發(fā)能夠與工業(yè)上使用的現(xiàn)有機械相結(jié)合的方法來制備塑料部件，以便制造商能夠容易地采用該技術(shù)。

　　4、未來商業(yè)化計劃

　　林業(yè)產(chǎn)品實驗室的化學(xué)工程師妮可·斯塔克將監(jiān)督該團隊生產(chǎn)的塑料的阻燃測試。該項目的另一個合作伙伴將開發(fā)有效涂覆納米粒子的方法。雖然主要應(yīng)用將在汽車工業(yè)，納米晶體復(fù)合塑料可以提升家庭壁板以及各種耐用消費品至關(guān)重要的阻燃性能。目前該項目研究人員已初步證明纖維素納米晶表面涂覆阻燃材料用于聚合物防火的可能性，正在進行商業(yè)化嘗試。

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