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华中科技大学余洪波副教授课题组《Green Chem.》封面文章:木质素基碳纤维材料获得新进展
2019-09-26  来源:高分子科技
关键词:碳纤维 木质素

  碳纤维材料密度低、强度大,机械性能优异,广泛应用于建筑工业、航空航天等领域。木质素作为仅次于纤维素的第二大可再生天然高分子材料,在碳纤维领域已得到了越来越多的关注和应用。然而,由于木质素结构的复杂性和不均质性使得木质素基碳纤维材料的力学性能较差。近日,华中科技大学余洪波副教授课题组利用Soda制浆结合连续膜分离纯化获得的工业木质素,部分替代传统的化石基聚丙烯腈(PAN)制造碳纤维,有效提高了碳纤维材料的机械性能,并揭示了木质素结构与碳纤维机械性能的内在关系。

  作者发现温和碱法制浆造纸结合连续膜分离工艺得到的木质素纯度较高,且线性β-O-4?醚键结构含量较高,而这类木质素部分替代聚丙烯腈可以有效提高碳纤维的收率并增强其机械性能(见Fig. 1)。与常见的工业木质素Kraft lignin相比,Soda lignin具有较低的-OH含量和更线性的聚合物结构,与PAN混溶性较好,因此得到的碳纤维材料缺陷少,且石墨化程度较高。由于纤维原丝氧化预处理过程容易引起木质素中芳环缩合,使得木质素的线性结构发生破坏。本研究发现,相比于kraft lignin/PAN预氧丝,soda lignin/PAN预氧丝中木质素的芳烃结构可以有效保留,使得木质素的线性结构未受到明显破坏,因而提高了碳纤维材料的收率并增强了其机械性能。该研究表明Soda lignin可以成为生产木质素基碳纤维材料的首选原料,对工业木质素用于碳纤维的增值利用提供了进一步的理论指导。

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

  相关研究成果近期作为封面文章(Front cover)发表在Green Chemistry(Green Chem., 2019, 21, 4981)。论文通信作者为华中科技大学生命科学与技术学院余洪波副教授杨祥良教授,武汉纺织大学教师张然博士和华中科技大学博士后杜青博士为文章共同第一作者。

  论文链接:

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(责任编辑:xu)
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