王雨朦 顧鋒雷 汪迪良 劉文峰 劉金鳳 余陽洋

摘要：由于纖維素納米纖維有著比較特殊的結(jié)構(gòu)以及性能特征，所以在對增強聚合物，制作復(fù)合材料方面有著十分廣泛的運用。本文主要闡述了纖維素納米纖維的特點，以及對纖維素納米纖維進行化學(xué)改性分析并簡述纖維素納米纖維增強聚合物的研究進展。

關(guān)鍵詞：纖維素納米纖維;增強;復(fù)合材料

一、CNF的表面化學(xué)改性

CNF有著一定的納米尺度，并且含有著數(shù)量較多的羥基，所以經(jīng)常會產(chǎn)生團聚的情況，而且CNF和非極性聚合物的相容效果并不理想。通過對研究CNF進行化學(xué)改性，控制CNF表面的極性以及自由能，有效地加強了CNF和增強聚合物的相容性，制備了性能非常優(yōu)秀的復(fù)合材料。一般用到的CNF表面化學(xué)改性方式主要包括將CNF表面進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針對CNF中的羥基所產(chǎn)生的相關(guān)衍生化反應(yīng)，其中，最常見的便是CNF的表面酯化和醚化改性。和一些低分子醇類材料相同，CNF也能與酸產(chǎn)生反應(yīng)并產(chǎn)生納米纖維素酯，而和烷基化劑發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生納米纖維素醚等。CNF的酯化改性一般包含乙?；?，其反應(yīng)過程可以在多種溶液中進行，產(chǎn)生相關(guān)的取代度不一的物質(zhì)。而醚化改性通常是按照對CNF極性的需求，通過各種醚化劑的使用，使其和CNF中的羥基發(fā)生脫水成謎反應(yīng)，實現(xiàn)減少CNF表面極性的目標(biāo)。CNF進行衍生化改性之后，表面極性大大降低，表面的羥基變?yōu)榉菢O性基團，并且加強了CNF和非極性聚合物的反應(yīng)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離基聚合和加成反應(yīng)，來把聚合物中體積較大的分子移接到CNF中，使CNF的直接聚合物既可以擁有CNF原本優(yōu)秀的特征，還能夠具有合成聚合物的新特性，比如穩(wěn)定性和吸水性等。把聚己內(nèi)酯在催化劑的催化下通過開環(huán)聚合反應(yīng)的方式移接到CNF中，加強CNF在非極性有機溶液中的散布能力。移接到CNF中的聚合物分子不但能為CNF提高性能活性，而且還可以在橫向上產(chǎn)生反應(yīng)，相互結(jié)合，也提高了CNF分子的結(jié)構(gòu)密集性。

二、CNF對聚合物復(fù)合材料的增強效果

（一）CNF對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的增強

環(huán)氧樹脂有著較強的粘結(jié)性和穩(wěn)定效果，并且也更加便于進行處理，在一些涂料和復(fù)合材料的運用上十分普遍，不過環(huán)氧樹脂也有著在固態(tài)時材質(zhì)較脆、強度較差等缺陷。而擁有納米尺度的纖維素納米纖維則能夠和環(huán)氧樹脂進行充分的反應(yīng)，如果此時可以提高其與復(fù)合組分的相容性問題，那么便能大大加強環(huán)氧樹脂的材料強度以及功能性。

通過利用硅烷偶聯(lián)劑和太酸偶聯(lián)劑來對CNF進行加工，之后再把環(huán)氧樹脂加入到CNF溶液當(dāng)中，并澆筑成膜，將其中的病痛溶液通過蒸發(fā)的形式分離出去，然后環(huán)氧樹脂便會開始凝結(jié)，由此制作出CNF增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。研究結(jié)果顯示，在一些偶聯(lián)劑中，無機基會直接發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生硅醇，之后便開始與CNF中的羥基發(fā)生反應(yīng)，而偶聯(lián)劑中的有機基則能夠和環(huán)氧樹脂進行結(jié)合，使其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，通過偶聯(lián)劑的媒介效果，能夠做到將環(huán)氧樹脂中的CNF的合理排列。經(jīng)過偶聯(lián)劑作用之后，環(huán)氧樹脂和CNF會出現(xiàn)一定的粘結(jié)效果，而CNF中的構(gòu)造卻并不會受到偶聯(lián)劑的作用，這也最大程度上提高了CNF增強環(huán)氧樹脂的作用。將細(xì)菌纖維素作為原材料，先是壓成片型狀態(tài)，之后便利用真空狀態(tài)將其浸泡在環(huán)氧樹脂溶液中，最后通過凝結(jié)，便可以獲得強度非常高的CNF增強環(huán)氧樹脂透光材質(zhì)，而這一材質(zhì)未來將很可能用在液晶顯示屏的原材料當(dāng)中。

（二）CNF對酚醛樹脂復(fù)合材料的增強

酚醛樹脂憑借著粘結(jié)強度、防水、抗高溫、抗低溫等優(yōu)勢被普遍運用在膠粘劑和涂料中。不過酚醛樹脂由于結(jié)構(gòu)上的原因所以經(jīng)常出現(xiàn)氧化的問題，這使得酚醛樹脂的抗熱性和抗氧化性大大降低，并且酚醛樹脂在凝結(jié)成固態(tài)之后，其中的構(gòu)造智能通過亞甲基連接，所以整體材質(zhì)強度非常低，所以加強酚醛樹脂的強度和抗熱性在對其研究和運用上都是非常重要的課題。面對這一情況，利用CNF來增強酚醛樹脂來制作復(fù)合材料也是現(xiàn)階段研究結(jié)果中較為有效的手段。主要植被流程為：第一，將CNF中的水懸濁液水分去除，將其制作成較薄的片狀材料。第二，薄片加入到酚醛樹脂溶液中。第三，先對其進行減壓，而后再進行加壓，使酚醛樹脂能夠與CNF薄片更加充分地反應(yīng)。第四，把CNF薄片進行層疊熱壓，以此來獲得CNF增強酚醛樹脂復(fù)合材料。通過對CNF的內(nèi)部構(gòu)成、CNF外顯狀態(tài)以及堿處理等方式來對CNF增強酚醛樹脂復(fù)合材料進行強度以及抗熱性等性能的檢測，結(jié)果顯示，CNF和酚醛樹脂的反應(yīng)速率非常優(yōu)秀，而隨著CNF尺度的減少，復(fù)合材料的抗熱性和強度則會有著明顯的提升。

結(jié)束語：現(xiàn)階段，纖維素納米纖維的研究越來越深入，在其對于一些聚合物的增強效果上也獲得了一定的成績。纖維素納米纖維的運用可以明顯增強聚合物的強度，改善了聚合物的熱穩(wěn)定性，也拓展了聚合物的功能性。

參考文獻：

[1]李勍，陳文帥，于海鵬，劉一星. 纖維素納米纖維增強聚合物復(fù)合材料研究進展[J]. 林業(yè)科學(xué)，2013，49（08）：126-131.

[2]張思航，付潤芳，董立琴，顧迎春，陳勝. 納米纖維素的制備及其復(fù)合材料的應(yīng)用研究進展[J]. 中國造紙，2017，36（01）：67-74.