高力学强度细菌纤维素气凝胶纤维的连续化制备

作者：张君妍; 孟思; 陈文萍; 成艳华^*; 朱美芳

来源：Acta Polymerica Sinica, 2021, 52(01): 69-77.

• 气凝胶纤维
• 细菌纤维素
• 低温溶解
• 力学性能

气凝胶纤维因其高外表面积和高柔韧性在能量管理系统中具有潜在应用而引起了广泛关注.但是,目前制备的气凝胶纤维力学强度较低,限制了其实际应用.为提高气凝胶纤维力学性能,在始终保持细菌纤维素(BC)纳米纤维处于湿态下,利用NaOH/尿素/硫脲复合溶剂直接低温溶解原生BC,获得透明的BC纺丝原液;通过湿法纺丝制备了BC水凝胶纤维,经过水洗和冷冻干燥后处理,制得BC气凝胶纤维.采用偏光显微镜(POM)、13C核磁共振(13C-NMR)和高级旋转流变仪研究BC在复合溶剂中的溶解过程与状态;利用全反射傅里叶变换红外吸收光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射(XRD)和热失重(TG)研究BC溶解前后结构与性能变化;利用场发射扫描电镜(FESEM)、全自动比表面积和孔径分布分析仪、单丝强力仪对获得的BC气凝胶纤维结构与性能进行表征.结果表明,复合溶剂在-15℃条件下可以直接溶解原生湿态BC,最高溶解浓度为3 wt%;采用湿法纺丝制得高度多孔的连续BC气凝胶纤维,比表面积高达192 m2/g且具有优异的力学性能,断裂强度和杨氏模量高达(9.36±1.68) MPa和(176±17.55) MPa,如0.4 mg BC气凝胶纤维可以支撑高于其本身质量5×104倍的重物.

• 单位
  纤维材料改性国家重点实验室; 东华大学