木質(zhì)素碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)和性能研究

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1、木質(zhì)素碳纖維的制備與結(jié)構(gòu)和性能研究摘要木質(zhì)素是數(shù)量上僅次于纖維素的第二類芳香族高分子材料。目前主要作為工業(yè)制漿的副產(chǎn)品，隨廢水排放掉。若不進(jìn)行回收利用則不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而且造成了物質(zhì)資源的極大浪費(fèi)。因此，木質(zhì)素的商業(yè)化應(yīng)用一直是科學(xué)家研究的目標(biāo)，尤其是在人們對(duì)能源危機(jī)認(rèn)識(shí)的不斷提高的今天。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可降低為小分子利用，也可以大分子直接利用。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含有甲氧基、酚羥基、羧基和羧甲基等許多官能團(tuán)和化學(xué)鍵，所以有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，這為其化學(xué)改性和綜合利用提供了可能。本文選用天然高分子木質(zhì)素和

2、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)為原料，采用熔融紡絲技術(shù)制備了木質(zhì)素／聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯共混纖維，對(duì)其進(jìn)行預(yù)氧化和碳化后得到了木質(zhì)素碳纖維，并對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究。在制備木質(zhì)素／PBT共混纖維之前，本文首先對(duì)木質(zhì)素的基本性能進(jìn)行了測(cè)試與表征。比如，術(shù)質(zhì)素顆粒的粒徑、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、熱力學(xué)行為、表面性能和在不同濃度的酸堿溶液中的表現(xiàn)。以不同比例木質(zhì)素和PBT為原料，采用微螺桿共混方法制備共混纖維及應(yīng)用紅外光譜、熱性能分析、掃描電鏡等方法研究了木質(zhì)素／PBT共混纖維的相容性。結(jié)果表明：木質(zhì)素含有大量親水基團(tuán)

3、，與PBT以氫鍵連接，所以兩者之間有較好的相容性。SEM圖顯示共混纖維中兩種原料共混均勻，無(wú)相分離現(xiàn)象。選取相容性好且含較大木質(zhì)素成分的比例和熔融紡絲技術(shù)，我們進(jìn)一步制備了木質(zhì)素／PBT共混纖維，然后采用兩種不同的升溫速率對(duì)共混纖維進(jìn)行預(yù)氧化和兩種不同的溫度對(duì)其進(jìn)行碳化，最后得到了木質(zhì)素碳纖維。紅外光譜表明：經(jīng)過預(yù)氧化和炭化得到的木質(zhì)素炭纖維中主要保存了由木質(zhì)素提供的位于1660cm叫的芳環(huán)中C=C基團(tuán)，和位于3420cm。的一OH基團(tuán)，而其余結(jié)構(gòu)，尤其是PBT的成分均在高溫中被破壞和失去。木質(zhì)素炭纖維

4、的SEM圖顯示，以本文介紹的工藝制備得到的木質(zhì)素炭纖維無(wú)傳統(tǒng)意義上的纖維特征，因?yàn)檫@種纖維似乎類似靜電紡絲方法得到的纖維，是肉眼不能分辨的具有納米尺度的纖維，而這種納米纖維的直徑一般在1．25一O．25微米，長(zhǎng)度在180微米，且長(zhǎng)度與炭化溫度有關(guān)。但具體的成纖機(jī)理有待進(jìn)一步的研究。關(guān)鍵詞：木質(zhì)素聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯相容性共混物碳纖維Fabricationlignin—basedcarbon6berandstudiesofstructureandpropertiesABSTRACTLigninisthes

5、econdricharomaticmaterialonlVinferiortocelluloseLl星mmlstnesecondncharomatlcmaterialonlvinferiortocelllllnseinamount．usuallyligninisaby—pro

6、efore，to印ply1igninhasbeenlongtimetakenasata唱etforscientists，especiallyatmomentrelatingtotheenergysourCeproblemintheworld．Ligninhascomplicatestmctureandavailableappliedasbothmicro．ormaCromoleculesdirectlyinsomecases．Asknown，ithasgroupse．g．thephenyl，phenol

7、ichydroxyl，aliphatichydroxyl，ca小onyl，carboxyl，methoxyl，conjugateddoublebondeta1．toproVidethepossibilit)，of如rtherchernjcalreactionandapplication．Ta虹ngnaturalli朗inandpoly(butyleneterephathalate)，PBT，asrawmaterialsandmeltspmningmethod，wepr印aredseverallignin

8、／PBTblendfibersinitially．Thentheseblendfibersweremrtheroxygen仃eatedandca而onizedunderdifIferenttemperamreconditions．Thestructureandpropertiesofthesecarbonized6berswerecharacterizedbyFTIRspectroscopy，DSCandSEM．BefIore丘berf．a(chǎn)