【摘 要】
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随着“双碳”目标的提出,一场取缔化石资源的新型能源革命正迅速开展。纤维素作为来源最广泛的天然高分子且具有优异的使用特性,是清洁材料的重要组分。但其复杂氢键网络和众多结晶区域等固有属性限制了分子链段运动,使其不熔融也难溶解到水及有机溶剂中,导致纤维素难以工业化成形。因此,本文提出了纤维素清洁化、规模化热成形方法。通过纳米化和可反应性接枝,使纤维素分子链具备热成形结构基础,并研究了相应的热成形工艺。具
【基金项目】
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国家自然科学基金（52075196,51675199）； 国家重点研发计划（2018YFB1106700）；
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随着“双碳”目标的提出,一场取缔化石资源的新型能源革命正迅速开展。纤维素作为来源最广泛的天然高分子且具有优异的使用特性,是清洁材料的重要组分。但其复杂氢键网络和众多结晶区域等固有属性限制了分子链段运动,使其不熔融也难溶解到水及有机溶剂中,导致纤维素难以工业化成形。因此,本文提出了纤维素清洁化、规模化热成形方法。通过纳米化和可反应性接枝,使纤维素分子链具备热成形结构基础,并研究了相应的热成形工艺。具体工作如下:提出纤维素纳米粒子无溶剂热成形方法,突破了纤维素直接热加工的关键难题。设计并搭建了纳米球磨装置制备出氢键网络和结晶区域被破坏的纤维素纳米粒子,使分子链段恢复运动能力。基于其高表面活性和粉末流动性,采用热压成形制备出全纤维素制品。研究了热压工艺对制品结构和性能的影响,结果表明在80℃和500 MPa下,制品密度高达1479.80 kg/m~3,结晶度适中为68.17%,其硬度和模量分别可达0.44和9.66 GPa,透过率达80%。开发出纤维素微晶粉末批量化热成形方法,提供了纤维素工业化成形的解决思路。通过马来酸酐接枝在微晶纤维素表面引入双键,使改性粉末具备可反应性。在离子液体增塑和辊压机的热与机械作用下实现了纤维素大规模压延成形,经后续高温、离子液体去除和真空干燥处理获得了双交联薄膜。探究了改性与压延工艺对薄膜结构与性能的影响,研究表明添加50 wt%马来酸酐,80℃压延时,薄膜取代度达0.32、结晶度为71.94%、密度达1645.46 kg/m~3,其抗拉强度高达120.56 MPa,同时伸长率略增至1.56%。
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