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利用纤维素纳米晶开发阻燃聚合物的新途径

2020-03-16 15:12:30来源:生物基能源与材料 阅读量:10314

  【塑料机械网 科技创新】纤维素纳米晶来源广泛,制备方法简单,是环境友好型的生物高分子材料,同时具有高结晶度、高弹性模量和高强度等优异性能,是一种新型的增强材料。
 
  近期有研究报道,蒙大拿州立大学的研究人员将表面涂覆阻燃剂的纤维素纳米晶体颗粒分散于聚合物中用以提高通用塑料的阻燃性能及力学性能。许多塑料遇火或高热会燃烧,纳米颗粒的设计和引入可以限制火焰的产生、防止其蔓延。
 
  1、纤维素:化学技术的基石
 
  纤维素是目前自然界较为丰富的天然高分子之一,利用特殊的化学反应处理植物木浆制得纤维素纳米晶,成为以纳米尺度运作的化学技术的基石。
 
  由于粒子的尺寸很小,因此可以将少量的纳米粒子分散于大量的聚合物中。当粒子表面包裹一层氧化锌(许多防晒霜中常见的成分)并将其分散到聚合物中时,氧化锌的阻燃特性就赋予给塑料。
 
  2、用于防火和轻量化的纳米晶体
 
  相较于目前市场上已有的阻燃聚合物,纤维素纳米晶用于塑料阻燃是一大进步。传统的阻燃聚合物主要是土状矿物,但是这些粒子尺寸很大,要想达到较好的阻燃效果通常添加量需要很多,使得塑料质量大幅增加。同时,这些添加剂的大量加入也会损害聚合物的力学性能,使得塑料变脆。但是纳米晶体在聚合物中的引入,反而可以提升材料的性能。
 
  但是纤维素晶体的纳米尺寸,加上它们的极性电荷如静电,使得它们很难混入塑料中。纤维素纳米晶更倾向于聚集而不是分散。纤维素纳米晶在聚合物中均匀分散的问题正是蒙大拿州立大学的研究人员所要研究的重点。该项研究获得了由美国农业部国家食品和农业研究149000美元的资助。
 
  3、正在测试的新型机械搅拌器
 
  该校迪普里特·巴杰瓦教授将开发新型机械搅拌器以及其他处理装置,比如用带电气体轰击纳米晶体,以便在他的实验室中将阻燃颗粒混合到塑料中。我们的目标是开发能够与工业上使用的现有机械相结合的方法来制备塑料部件,以便制造商能够容易地采用该技术。
 
  4、未来商业化计划
 
  林业产品实验室的化学工程师妮可·斯塔克将监督该团队生产的塑料的阻燃测试。该项目的另一个合作伙伴将开发有效涂覆纳米粒子的方法。虽然主要应用将在汽车工业,纳米晶体复合塑料可以提升家庭壁板以及各种耐用消费品至关重要的阻燃性能。目前该项目研究人员已初步证明纤维素纳米晶表面涂覆阻燃材料用于聚合物防火的可能性,正在进行商业化尝试。

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