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    華中科技大學余洪波副教授課題組《Green Chem.》封面文章:木質素基碳纖維材料獲得新進展
    2019-09-26  來源:高分子科技
    關鍵詞:碳纖維 木質素

      碳纖維材料密度低、強度大,機械性能優異,廣泛應用于建筑工業、航空航天等領域。木質素作為僅次于纖維素的第二大可再生天然高分子材料,在碳纖維領域已得到了越來越多的關注和應用。然而,由于木質素結構的復雜性和不均質性使得木質素基碳纖維材料的力學性能較差。近日,華中科技大學余洪波副教授課題組利用Soda制漿結合連續膜分離純化獲得的工業木質素,部分替代傳統的化石基聚丙烯腈(PAN)制造碳纖維,有效提高了碳纖維材料的機械性能,并揭示了木質素結構與碳纖維機械性能的內在關系。

      作者發現溫和堿法制漿造紙結合連續膜分離工藝得到的木質素純度較高,且線性β-O-4?醚鍵結構含量較高,而這類木質素部分替代聚丙烯腈可以有效提高碳纖維的收率并增強其機械性能(見Fig. 1)。與常見的工業木質素Kraft lignin相比,Soda lignin具有較低的-OH含量和更線性的聚合物結構,與PAN混溶性較好,因此得到的碳纖維材料缺陷少,且石墨化程度較高。由于纖維原絲氧化預處理過程容易引起木質素中芳環縮合,使得木質素的線性結構發生破壞。本研究發現,相比于kraft lignin/PAN預氧絲,soda lignin/PAN預氧絲中木質素的芳烴結構可以有效保留,使得木質素的線性結構未受到明顯破壞,因而提高了碳纖維材料的收率并增強了其機械性能。該研究表明Soda lignin可以成為生產木質素基碳纖維材料的首選原料,對工業木質素用于碳纖維的增值利用提供了進一步的理論指導。

    Fig. 1 Soda lignin, a more linear polymer, blended with PAN, could produce more carbon fibers with doubled tensile stress

      相關研究成果近期作為封面文章(Front cover)發表在Green Chemistry(Green Chem., 2019, 21, 4981)。論文通信作者為華中科技大學生命科學與技術學院余洪波副教授楊祥良教授,武漢紡織大學教師張然博士和華中科技大學博士后杜青博士為文章共同第一作者。

      論文鏈接:http://dx.doi.org/10.1039/C9GC01632E

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