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作者：張君妍、孟思、陳文萍、成艷華、朱美芳

通訊作者: 成艷華, cyh@dhu.edu.cn

 

摘要：氣凝膠纖維因其高外表面積和高柔韌性在能量管理系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用而引起了廣泛關(guān)注. 但是，目前制備的氣凝膠纖維力學(xué)強(qiáng)度較低，限制了其實(shí)際應(yīng)用. 為提高氣凝膠纖維力學(xué)性能，在始終保持細(xì)菌纖維素(BC)納米纖維處于濕態(tài)下，利用NaOH/尿素/硫脲復(fù)合溶劑直接低溫溶解原生BC，獲得透明的BC紡絲原液；通過(guò)濕法紡絲制備了BC水凝膠纖維，經(jīng)過(guò)水洗和冷凍干燥后處理，制得BC氣凝膠纖維. 采用偏光顯微鏡(POM)、13C核磁共振(13C-NMR)和高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀研究BC在復(fù)合溶劑中的溶解過(guò)程與狀態(tài)；利用全反射傅里葉變換紅外吸收光譜(ATR-FTIR)、X射線衍射(XRD)和熱失重(TG)研究BC溶解前后結(jié)構(gòu)與性能變化；利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、全自動(dòng)比表面積和孔徑分布分析儀、單絲強(qiáng)力儀對(duì)獲得的BC氣凝膠纖維結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征. 結(jié)果表明，復(fù)合溶劑在?15 °C條件下可以直接溶解原生濕態(tài)BC，最高溶解濃度為3 wt%；采用濕法紡絲制得高度多孔的連續(xù)BC氣凝膠纖維，比表面積高達(dá)192 m2/g且具有優(yōu)異的力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度和楊氏模量高達(dá)(9.36±1.68) MPa和(176±17.55) MPa，如0.4 mg BC氣凝膠纖維可以支撐高于其本身質(zhì)量5×104倍的重物.

氣凝膠是一種具有三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、高比表面積、低密度和高孔隙率的輕質(zhì)多孔材料，也是目前報(bào)道的導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料[1,2]. 因此氣凝膠在載人航天、航空、消防、建筑、化工等眾多領(lǐng)域中被用于高效隔熱[3~8]. 基于航天服、消防服等特殊服飾對(duì)高性能隔熱織物的需求，研究者們展開(kāi)了氣凝膠纖維的相關(guān)研究[9~12]. 除此之外，氣凝膠纖維還具有外表面積大的特點(diǎn)，在快速吸附、催化負(fù)載、能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景[13,14]. 目前被開(kāi)發(fā)的氣凝膠纖維主要分為無(wú)機(jī)氣凝膠纖維和有機(jī)氣凝膠纖維，如石墨烯氣凝膠纖維[15]、二氧化硅氣凝膠纖維[13,14]、纖維素基氣凝膠纖維[12,16]和絲素蛋白基氣凝膠纖維[11]等. 相比于無(wú)機(jī)氣凝膠纖維，有機(jī)氣凝膠纖維具有更佳的柔韌性[17]，在高性能隔熱柔性可穿戴等領(lǐng)域具有更大的應(yīng)用前景. 然而由于骨架強(qiáng)度不高，有機(jī)氣凝膠纖維通常力學(xué)性能較差，嚴(yán)重限制了它的實(shí)際應(yīng)用.

各種方法已經(jīng)被用于改善有機(jī)氣凝膠纖維力學(xué)性能，主要分為2類：(1) 采用高力學(xué)性能材料(如高強(qiáng)度納米纖維)作為氣凝膠纖維的骨架；Liu等[10]將1000旦高強(qiáng)度Kevlar纖維采用化學(xué)方法剝離成Kevlar納米纖維(KNF)，然后將KNF分散液擠入二甲基亞砜水溶液凝固形成KNF凝膠纖維，經(jīng)冷凍干燥，制得斷裂強(qiáng)度高達(dá)3.3 MPa的KNF氣凝膠纖維. Zhou等[12]采用同軸紡絲的方法制備了醋酸纖維素/聚丙烯酸(CA/PAA)中空多孔纖維，然后將纖維素納米纖維(CNF)分散液擠入中空多孔纖維空心部分，所得CNF氣凝膠基同軸多孔纖維強(qiáng)度將近CA/PAA中空多孔纖維的2倍，斷裂強(qiáng)度高達(dá)4.7 MPa. (2) 通過(guò)增加高分子骨架單元界面相互作用提高氣凝膠纖維力學(xué)性能，該方法被證明可有效提高氣凝膠纖維力學(xué)性能. 例如高超課題組發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯氣凝膠纖維在高溫還原后，致密石墨烯片層結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)界面相互作用可顯著提升石墨烯氣凝膠纖維力學(xué)性能[15]. Karadagli[16]等將微晶纖維素溶解于硫氰酸鈣熔融鹽中，高溫?cái)D出冷卻后形成纖維素凝膠纖維，經(jīng)超臨界干燥制得纖維素氣凝膠纖維. 由于纖維素分子內(nèi)/分子間強(qiáng)的氫鍵相互作用，再生纖維素氣凝膠纖維強(qiáng)度可達(dá)6.42 MPa，在目前報(bào)道的有機(jī)氣凝膠纖維中具有最佳的斷裂強(qiáng)度. 然而如何進(jìn)一步提高有機(jī)氣凝膠纖維的力學(xué)性能，成為目前突破有機(jī)氣凝膠纖維實(shí)際應(yīng)用的重要問(wèn)題之一.

細(xì)菌纖維素(BC)是由微生物合成的納米纖維纖維素，相比于植物纖維素，具有高純度、高聚合度、高強(qiáng)度、高結(jié)晶度、高保水性和高生物相容性等特征[18~20]. 因此采用高聚合度的BC作為骨架材料溶解再生制備氣凝膠纖維，有望進(jìn)一步提高纖維素氣凝膠纖維的力學(xué)性能. 但是目前溶解BC的溶劑如離子液體、N-甲基嗎啉-N-氧化物、氯化鋰-二甲基乙酰胺等還存在成本較高、回收困難或毒性較大等問(wèn)題，而新型低溫堿溶劑體系難以溶解高分子量高結(jié)晶度的BC[21]. 研究中發(fā)現(xiàn)制備納米纖維素纖維需采用未經(jīng)干燥過(guò)，處于水潤(rùn)脹狀態(tài)下的漿粕或者BC原料，這是因?yàn)槔w維素原料經(jīng)過(guò)脫水干燥，纖維素分子鏈上羥基形成強(qiáng)分子內(nèi)和分子間氫鍵，活性基團(tuán)的可及性和反應(yīng)性降低[22~25]，因此未經(jīng)脫水的原生濕態(tài)BC納米纖維上的羥基將具有更高的可及性和反應(yīng)活性[26]. 借鑒這一原理，本文將未經(jīng)干燥過(guò)的原生濕態(tài)BC分散在NaOH/尿素/硫脲質(zhì)量比為7:7:6水溶液中，發(fā)現(xiàn)在?15 °C環(huán)境下，分散液很快由白色變成透明，經(jīng)過(guò)強(qiáng)力攪拌形成均一的BC溶液. 進(jìn)一步采用流變儀研究了BC溶液性質(zhì)及穩(wěn)定性，通過(guò)濕法紡絲的方法制備了連續(xù)的BC氣凝膠纖維，探討了BC再生前后的分子鏈結(jié)構(gòu)變化及所制備BC氣凝膠纖維的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能. 研究結(jié)果表明，原生濕態(tài)BC可以直接溶解于?15 °C的NaOH/尿素/硫脲復(fù)合溶劑中，所制得的BC氣凝膠纖維具有高度多孔的結(jié)構(gòu)并具有優(yōu)異的力學(xué)性能.

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

細(xì)菌纖維素(又稱椰果)由上海奕方農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供，由黏度法測(cè)得黏均分子量為1.7×105 g/mol；氫氧化鈉、硫脲、尿素、叔丁醇為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)有限公司.

1.2BC溶解及BC氣凝膠纖維制備

將BC水凝膠顆粒用1 wt% NaOH水溶液煮1 h，再用去離子水洗至中性. 將洗凈的BC水凝膠顆粒用均質(zhì)機(jī)打散切碎，用濾袋過(guò)濾擠壓去除部分水，得到BC濕態(tài)濾餅.

將一定質(zhì)量的BC濾餅(含水量為91 wt%)分散在NaOH/尿素/硫脲水溶液中. 最終分散液中溶劑NaOH/尿素/硫脲/H2O質(zhì)量比為7:7:6:80. 具體如下：以配制濃度為2.5 wt%的BC溶液為例，將1.4 g NaOH，1.4 g尿素，1.2 g硫脲溶于10.8 g去離子水中，然后加入5.7 g BC濾餅，磁力攪拌和超聲后獲得均一分散液. 然后將分散液置于?15 °C的低溫恒溫槽中，待分散液由白色變成透明后，取出分散液，以2000 r/min機(jī)械強(qiáng)力攪拌5 min后獲得透明BC溶液. 將BC溶液在5 °C，5000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min脫除氣泡. 實(shí)驗(yàn)中分別制備了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 wt%，2.0 wt%，2.5 wt%和3 wt%的BC溶液.

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 wt%的BC溶液作為紡絲原液，濃度為0.25 mol/L的稀硫酸溶液作為凝固浴，采用濕法紡絲的方法制備BC氣凝膠纖維. 制備過(guò)程如圖1所示：通過(guò)壓力泵將BC溶液通過(guò)直徑為0.41 mm針頭擠入稀硫酸凝固浴，擠出速度為0.8 mL/min，初生的BC水凝膠纖維經(jīng)水洗浴水洗后，用水下卷繞器收集. 然后采用叔丁醇置換BC水凝膠纖維中的水，最后經(jīng)冷凍干燥，獲得BC氣凝膠纖維.

gfzxb20200143chenyanhua-1_mini Figure 1. Schematic illustration of the fabrication of BC aerogel fibers by wet-spinning method

 

1.3分析與表征

采用偏光顯微鏡(Japan，Nikon H600L)觀察BC溶解前后的狀態(tài)；采用液體和固體13C核磁共振(Bruker AVANCE III 600 MHz、400 MHz)研究BC與溶劑相互作用，烘干后的BC原料用于固體13C-NMR測(cè)試，配制溶劑NaOH/尿素/硫脲/D2O和3 wt% BC/NaOH/尿素/硫脲/D2O溶液用于液體13C-NMR測(cè)試；利用高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀(Austria，Anton Paar RheolabQC)配備同心圓筒附件研究BC溶液的流變特性及穩(wěn)定性；使用全反射傅里葉變換紅外吸收光譜(FTIR，Nicolet 6700)表征BC再生前后表面官能團(tuán)的變化，掃描范圍為600~4000 cm?1，掃描分辨率為4 cm?1；采用X射線衍射儀(D2 phaser)表征BC再生前后晶型變化，電壓40 kV，掃描范圍10°~50°；采用熱重分析儀(TGA，NEZSCH 209 F1)研究BC再生前后熱性能變化，測(cè)試氛圍為氮?dú)?，升溫速?0 °C/min，測(cè)試范圍30~600 °C；采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM, Hitachi S-4800)觀察BC氣凝膠纖維表面和斷面微觀形貌，樣品噴金處理，測(cè)試電壓為5 kV；BC氣凝膠纖維的氮?dú)馕摳角€采用全自動(dòng)比表面積和孔徑分布分析儀(USA，Quantachrome NOVAtouch LX1)在77 K溫度下測(cè)得，樣品測(cè)試前在高真空度(<1 Pa)下120 °C脫氣處理6 h；采用單絲強(qiáng)力儀研究了BC水凝膠及氣凝膠纖維的力學(xué)性能，測(cè)試速度為10 mm/min，測(cè)試標(biāo)距為10 mm，每種樣品測(cè)試10組，取平均值.

2、結(jié)果與討論

2.1BC低溫溶解性質(zhì)

纖維素分子內(nèi)和分子間具有強(qiáng)氫鍵作用，很難溶解于一般有機(jī)溶劑. 武漢大學(xué)張俐娜課題組發(fā)現(xiàn)環(huán)保的溶劑NaOH/尿素或NaOH/硫脲水溶液在低溫下可以快速溶解纖維素[27~29]. 低溫下，NaOH可以破壞纖維素分子間氫鍵，鈉離子、水分子、尿素或者硫脲在纖維素分子鏈周?chē)纬砂辖Y(jié)構(gòu)阻止纖維素分子鏈間聚集使纖維素溶解[30]. 研究發(fā)現(xiàn)，相比于單一溶劑體系，復(fù)合體系NaOH/尿素/硫脲水溶液在低溫下對(duì)纖維素具有更高的溶解性，利用尿素和硫脲的協(xié)同作用，這一復(fù)合體系可以部分溶解聚合度超過(guò)1000的纖維素[31,32]. 但是BC相比于植物纖維素具有更高的結(jié)晶度和聚合度，因此不能直接溶解于這一低溫體系.

本研究中利用原生濕態(tài)納米纖維BC上羥基具有高的可及性和高反應(yīng)活性，將BC直接溶解于?15 °C的NaOH/尿素/硫脲水溶液中. 圖2(a)光學(xué)照片為將BC濕態(tài)濾餅加入7 wt% NaOH/7 wt%尿素/6 wt%硫脲水溶液中，通過(guò)超聲和磁力攪拌后獲得的均一BC分散液；圖2(a)偏光顯微鏡照片表明分散液中具有大量未溶解的BC，可以看到納米纖維BC的結(jié)晶聚集結(jié)構(gòu). 將這一體系繼續(xù)置于?15 °C環(huán)境中15 min，能夠得到透明溶液，如圖2(b)所示；BC透明溶液的偏光顯微鏡照片顯示溶液的各向同性性質(zhì)，表明BC已經(jīng)完全溶解于復(fù)合溶劑中. 與原生濕態(tài)BC相比，將濕態(tài)BC原料干燥并剪碎后加入復(fù)合溶劑中，如圖2(c)所示，干態(tài)BC沉積在燒杯底部，將這一體系置于?15 °C環(huán)境中15 min，發(fā)現(xiàn)BC并未溶解，強(qiáng)力攪拌后依然沉積在燒杯底部，這一結(jié)果進(jìn)一步表明原生濕態(tài)BC經(jīng)烘干脫水后，由于BC分子鏈上羥基形成更強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間氫鍵，難以被溶劑分子滲透，因而其無(wú)法直接溶解在復(fù)合溶劑中.

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Figure 2. Optical photographs and polarized optical micrographs for never-dried BC before (a) and after (b) dissolving in 7% NaOH/7% urea/6% thiourea aqueous solution by lowering temperature to ?15 °C; (c) Optical photographs for dried BC/7% NaOH/7% urea/6% thiourea aqueous dispersion before and after lowering temperature to ?15 °C; (d) 13C-NMR spectra of NaOH/urea/thiourea/D2O solvent (I) and 3 wt% BC/NaOH/urea/thiourea/D2O solution (II)，the inset represents the solid-state CP/MAS 13C-NMR spectrum of raw BC.

研究發(fā)現(xiàn)這一復(fù)合溶劑體系對(duì)原生濕態(tài)BC最高溶解量可達(dá)3 wt%. 采用13C-NMR研究了BC與溶劑相互作用，從圖2(d)中可知，與純?nèi)軇┓?I)相比，溶解BC后(II)，溶劑尿素和硫脲特征基團(tuán)C＝O和C＝S化學(xué)位移幾乎沒(méi)有變化，表明尿素和硫脲與纖維素沒(méi)有直接相互作用[33,34]. 另外，與BC原料的固體核磁(插圖)相比，BC在復(fù)合溶劑中溶解后，BC的化學(xué)位移除C2,3,5外，其他C原子均向高磁場(chǎng)轉(zhuǎn)移，其中C4的化學(xué)位移最大，BC原料C4化學(xué)位移為δ=88.7，溶解后BC化學(xué)位移(78.9)向高磁場(chǎng)移動(dòng)了9.8，這一結(jié)果表明溶解后BC分子內(nèi)氫鍵被溶劑分子破壞[31,32]. 另外在溶解后，并沒(méi)有在13C核磁圖譜中出現(xiàn)其他峰，說(shuō)明復(fù)合溶劑對(duì)原生濕態(tài)BC的溶解屬于直接溶解. 這一結(jié)果與所報(bào)道的復(fù)合溶劑溶解纖維素的機(jī)理相符[34].

2.2BC溶液流變特性

紡絲溶液的性質(zhì)將極大影響紡絲工藝與纖維性能，研究BC/NaOH/尿素/硫脲水溶液的流變性能將為預(yù)測(cè)所制備BC溶液可紡性和后續(xù)BC氣凝膠纖維的制備提供理論指導(dǎo).

圖3(a)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5 wt%，2.0 wt%，2.5 wt%和3.0 wt%的BC溶液的穩(wěn)態(tài)流變曲線，隨著剪切速率的增大，BC溶液的表觀黏度下降. BC溶液的流動(dòng)曲線符合剪切變稀流體的特點(diǎn)，說(shuō)明所制備的BC溶液具有假塑性流體行為. 用纏結(jié)理論解釋為：剪切速率較小時(shí)，BC溶液被破壞的分子間相互作用與BC分子鏈纏結(jié)的速度相當(dāng)，因此表現(xiàn)出一個(gè)穩(wěn)定黏度平臺(tái)；當(dāng)剪切速率進(jìn)一步增大時(shí)，纏結(jié)點(diǎn)破壞速度大于重建速度，黏度下降，表現(xiàn)出假塑性流體行為.

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Figure 3. (a) Viscosity as a function of shear rate for BC solution with different concentrations; (b) Temperature dependence of the storage modulus G′ and loss modulus G′′ for BC solution with different concentrations.

圖3(b)為不同濃度BC的儲(chǔ)能模量G′及損耗模量G″與溫度間的關(guān)系. 由圖可知，在5~95 °C溫度范圍內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5 wt%和2.0 wt%的BC溶液相對(duì)穩(wěn)定，表現(xiàn)為黏彈性流體特征：G′小于G″，隨著溫度升高，G′和G″都逐漸減小，說(shuō)明溶液彈性和黏性都逐漸降低；2.5 wt%的BC溶液在5 ~ 90 °C溫度范圍內(nèi)G′和G″都隨著溫度的升高而降低，溶液相對(duì)穩(wěn)定，而當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)G′開(kāi)始上升，這是因?yàn)楦邷叵翨C分子鏈發(fā)生部分自纏結(jié)導(dǎo)致了微相分離現(xiàn)象；3.0 wt%的BC溶液在5~50 °C溫度范圍內(nèi)溶液相對(duì)穩(wěn)定，溫度進(jìn)一步升高時(shí)溶液發(fā)生微相分離，當(dāng)溫度達(dá)到68 °C，溶液G′=G″，這一交點(diǎn)為溶液的凝膠點(diǎn)，這是因?yàn)锽C/NaOH/尿素/硫脲水溶液體系在溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，溶劑分子包合結(jié)構(gòu)被破壞，纖維素分子鏈上大量羥基裸露出來(lái)形成物理交聯(lián)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，溶液發(fā)生宏觀相分離[35].

溶液發(fā)生微相分離或者凝膠將會(huì)影響紡絲成型，另外考慮到紡絲液濃度不能太低，否則所制得的纖維力學(xué)性能差，因此我們選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5 wt%的BC溶液用于BC氣凝膠纖維制備及后續(xù)的結(jié)構(gòu)性能研究.

2.3BC再生前后結(jié)構(gòu)與熱性能研究

原生BC溶解再生后獲得再生BC氣凝膠纖維. 采用ATR-FTIR及XRD研究了BC再生前后化學(xué)結(jié)構(gòu)變化和晶型變化. 圖4(a)表明BC再生前后各官能團(tuán)的特征峰強(qiáng)弱發(fā)生變化，但特征峰位置基本保持不變. 3358、2898和1058 cm?1處的特征吸收峰分別對(duì)應(yīng)纖維素分子鏈―OH，C―H和C―O基團(tuán)的伸縮振動(dòng)，說(shuō)明BC再生前后并沒(méi)有發(fā)生衍生化，NaOH/尿素/硫脲水溶液對(duì)原生濕態(tài)BC的溶解屬于直接溶解.

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Figure 4. ATR-FTIR spectra (a) and XRD patterns (b) of the raw BC and the regenerated BC aerogel fiber.

圖4(b)為BC再生前后的X射線衍射圖譜，由圖可知，溶解前的原生BC原料有3個(gè)主要的衍射峰. 2θ=14.49°，16.81°，22.76°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)于纖維素I晶體結(jié)構(gòu)的(101)、(10<spantabindex=”0″ role=”presentation” data-mathml=”<math xmlns=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML”><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mover><mn>1</mn><mo stretchy=”false”>&#x00AF;</mo></mover></mrow></math>”>1ˉ)、和(002)晶面；溶解再生后的BC氣凝膠纖維在2θ=12.05°， 19.67°，20.45°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)于纖維素II晶體結(jié)構(gòu)的(1<spantabindex=”0″ role=”presentation” data-mathml=”<math xmlns=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML”><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mover><mn>1</mn><mo stretchy=”false”>&#x00AF;</mo></mover></mrow></math>”>1ˉ

0)、(110)和(200)晶面[36]. 結(jié)合ATR-FTIR和XRD分析可知，BC在溶解再生過(guò)程中只發(fā)生了氫鍵的斷裂和重組，從原生纖維素I晶型轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕w維素II晶型，并未發(fā)生衍生化反應(yīng)[37].

圖5為BC再生前后的TG和DTG曲線. 從圖中可知，原生BC原料在氮?dú)夥諊碌臒岱纸鉁囟葹?10 °C，最大熱分解溫度為375 °C；再生BC氣凝膠纖維的熱分解溫度為285 °C，最大熱分解溫度為310 °C. 說(shuō)明BC再生后相比于再生前熱穩(wěn)定性雖然有一定程度下降，但下降幅度較小，依然保持了纖維素材料高耐熱性能. 另外發(fā)現(xiàn)再生BC的殘?zhí)剂扛哂谠鶥C，這可能是由于BC再生前后由I型晶轉(zhuǎn)變成II型晶，纖維素II型晶體構(gòu)象相比于I型易發(fā)生構(gòu)象翻轉(zhuǎn)，更易脫水脫羧形成殘?jiān)?，因而殘?zhí)剂扛?sup>[38].

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Figure 5. TG (a) and DTG curves (b) of the raw BC and the regenerated BC aerogel fiber.

2.4BC氣凝膠纖維孔結(jié)構(gòu)研究

在BC氣凝膠纖維制備過(guò)程中，采用稀硫酸溶液作為凝固浴，凝固浴與溶劑發(fā)生雙擴(kuò)散及酸堿中和反應(yīng)使紡絲溶液發(fā)生相分離，紡絲溶液在凝固浴中快速凝固成型形成高度多孔的凝膠網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)溶劑置換和冷凍干燥獲得了高度多孔的BC氣凝膠纖維.

圖6為再生的BC氣凝膠纖維斷面和表面的SEM照片. 圖6(a)~6(c)為纖維斷面不同放大倍數(shù)照片，從圖中可以看出所制備的BC氣凝膠纖維具有圓形斷面和納米尺度骨架結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)高度多孔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖6(d)~6(f)為纖維表面不同放大倍數(shù)照片，由圖可看出氣凝膠纖維表面具有明顯狹縫形取向孔結(jié)構(gòu)，表明在氣凝膠纖維制備過(guò)程中有一定的拉伸取向，這可能是因?yàn)锽C紡絲溶液從垂直噴絲頭擠出時(shí)受到重力拉伸作用以及初生絲在凝固浴中被牽引，致使BC分子鏈在拉伸方向發(fā)生一定取向[15,39]. 這一取向結(jié)構(gòu)將有利于氣凝膠纖維力學(xué)性能的進(jìn)一步提高. 根據(jù)密度公式<spantabindex=”0″ role=”presentation” data-mathml=”<math xmlns=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML”><mi>&#x03C1;</mi><mo>=</mo><mi>m</mi><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mo>/</mo></mrow><mi>v</mi><mo>=</mo><mn>4</mn><mi>m</mi><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mo>/</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mtext>&#x3C0;</mtext></mrow><mi>l</mi><msup><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mi>d</mi></mrow><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mn>2</mn></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></math>”>ρ=m/v=4m/(πl(wèi)d2)

，ρ為氣凝膠纖維密度，d為氣凝膠纖維直徑，l為氣凝膠纖維長(zhǎng)度，m為氣凝膠纖維質(zhì)量，測(cè)得長(zhǎng)度為50 cm的BC氣凝膠纖維密度為0.21 g/cm3；根據(jù)孔隙率公式<spantabindex=”0″ role=”presentation” data-mathml=”<math xmlns=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML”><mi>P</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>&#x2212;</mo><mi>&#x03C1;</mi><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mo>/</mo></mrow><msub><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mi>&#x03C1;</mi></mrow><mrow class=”MJX-TeXAtom-ORD”><mn>0</mn></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>&#x00D7;</mo><mn>100</mn><mtext>%</mtext></math>”>P=(1?ρ/ρ0)×100%，P為氣凝膠纖維孔隙率，ρ0為BC骨架密度1.5 g/cm3[6]，計(jì)算BC氣凝膠纖維孔隙率為86%. 以上結(jié)果表明所制備的BC氣凝膠纖維具有輕質(zhì)和高度多孔的特征.

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Figure 6. SEM images of the cross-section (a?c) and the surface (d?f) of BC aerogel fiber in different magnifications

采用氮?dú)馕摳郊夹g(shù)進(jìn)一步研究了BC氣凝膠纖維的孔結(jié)構(gòu). 由圖7(a)可知，BC氣凝膠纖維的氮?dú)馕摳降葴鼐€符合IV型等溫線，具有明顯的遲滯環(huán)，說(shuō)明所制備的BC氣凝膠纖維具有介孔結(jié)構(gòu). BC氣凝膠纖維的比表面積高達(dá)192 m2/g. 采用BJH方法基于等溫線脫附分支獲得的孔徑分布曲線如圖7(b)所示，在介孔范圍，BC氣凝膠纖維的最可幾孔徑為12.5 nm.

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Figure 7. (a) Nitrogen-sorption isotherms of BC aerogel fiber and (b) pore-size distribution plots obtained from desorption branch using the BJH method.

綜上可知，BC氣凝膠纖維具有高度多孔的結(jié)構(gòu)，孔隙率高達(dá)86%，比表面積高達(dá)192 m2/g，有望應(yīng)用于保溫隔熱，吸附分離等領(lǐng)域.

2.5BC氣凝膠纖維力學(xué)性能研究

將2.5 wt%的BC溶液作為紡絲原液通過(guò)噴絲口擠入凝固浴后獲得BC初生絲，初生絲在經(jīng)水洗浴水洗后得到BC水凝膠纖維；將BC水凝膠纖維用叔丁醇置換水后經(jīng)冷凍干燥得到BC氣凝膠纖維. 圖8(a)為BC水凝膠纖維和BC氣凝膠纖維的典型拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線，當(dāng)對(duì)樣品施加拉伸應(yīng)力時(shí)，樣品首先發(fā)生線性彈性形變，接著發(fā)生不可逆塑性形變直到樣品斷裂. 由圖可知BC氣凝膠纖維拉伸斷裂強(qiáng)度和彈性模量遠(yuǎn)高于BC水凝膠纖維，但是斷裂伸長(zhǎng)下降. 這是因?yàn)锽C水凝膠纖維中含有大量的水(水含量約為92 wt%)，當(dāng)纖維素分子鏈脫水后，纖維素分子鏈上裸露出大量的羥基，將進(jìn)一步形成極強(qiáng)的分子內(nèi)和分子間氫鍵作用[23]，極大提高了干態(tài)BC氣凝膠纖維的剛性和強(qiáng)度；同時(shí)這一強(qiáng)氫鍵作用和氣凝膠纖維中的結(jié)晶區(qū)域?qū)⑾拗评w維素分子鏈的運(yùn)動(dòng)，因而相比于BC水凝膠纖維，BC氣凝膠纖維的斷裂伸長(zhǎng)率下降[40]. 由圖8(b)可知，BC水凝膠纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度和楊氏模量分別為(3.28±0.14) MPa和(1.8±0.26) MPa，而冷凍干燥脫水后的BC氣凝膠纖維斷裂強(qiáng)度和楊氏模量高達(dá)(9.36±1.68) MPa和(176±17.55) MPa，相比于水凝膠纖維模量增加了2個(gè)數(shù)量級(jí)，這一結(jié)果進(jìn)一步證明纖維素在脫水后將形成更強(qiáng)的氫鍵網(wǎng)絡(luò). 圖8(c)表明0.4 mg輕質(zhì)BC氣凝膠纖維可以承受5×104倍于本身重量的重物而不發(fā)生斷裂.

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Figure 8. (a) Representative tensile stress-strain curves of BC hydrogel fibers and aerogel fibers; (b) Tensile strength and modulus of BC hydrogel fibers and aerogel fibers; (c) Photograph of the lightweight BC aerogel fiber (0.4 mg) holding a tensile of 20 g; (d) Comparison of the mechanical properties of BC aerogel fiber with some state-of-the-art aerogel/porous fibers. Cellulose aerogel fiber, nanocellulose (CNF) aerogel-based porous coaxial fiber, nanofibrous Kevlar (KNF) aerogel fiber, silk firoin (SF)-based aerogel fiber and biomimetic porous fiber. Note: some data points of the references are calculated according to the figures in the literature.

如圖8(d)所示，本工作中所制備的BC氣凝膠纖維拉伸斷裂強(qiáng)度高于目前最新報(bào)道的高性能氣凝膠或多孔纖維：植物纖維素氣凝膠纖維[16]、納米纖維素氣凝膠基多孔同軸纖維[12]、納米Kevlar氣凝膠纖維[10]、絲素蛋白基氣凝膠纖維[11]和絲素蛋白/殼聚糖仿生多孔纖維[9]. 同時(shí)，BC氣凝膠的彈性模量?jī)?yōu)于大部分報(bào)道的氣凝膠/多孔纖維，相比目前報(bào)道的納米Kevlar氣凝膠纖維高出2個(gè)數(shù)量級(jí). 力學(xué)測(cè)試證明采用高分子量BC作為氣凝膠纖維骨架材料并溶解再生，由于分子鏈間形成強(qiáng)氫鍵網(wǎng)絡(luò)，所制備氣凝膠纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能.

結(jié)論

采用復(fù)合溶劑NaOH/尿素/硫脲水溶液直接溶解了未經(jīng)干燥的原生濕態(tài)BC，通過(guò)濕法紡絲和冷凍干燥的方法獲得了連續(xù)的BC氣凝膠纖維. 高分子量BC骨架、再生BC分子鏈內(nèi)和分子鏈間強(qiáng)的氫鍵相互作用，以及分子鏈在紡程上的取向作用使得所制備的BC氣凝膠纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，斷裂強(qiáng)度和楊氏模量高達(dá)(9.36±1.68) MPa和(176±17.55) MPa，有望應(yīng)用于高性能隔熱織物、生物吸附劑、柔性支架和生物載藥等領(lǐng)域.

參考文檔

  1. [1]Husing N, Schubert U. Angew Chem Int Ed, 1998, 37(1-2): 22?45
  2. [2]Pierre A C, Pajonk G M. Chem Rev, 2002, 102(11): 4243?4265 doi: 10.1021/cr0101306
  3. [3]Randall J P, Meador M A B, Jana S C. ACS Appl Mater Interfaces, 2011, 3(3): 613?626 doi: 10.1021/am200007n
  4. [4]Liu Q K, Frazier A W, Zhao X P, de La Cruz J A, Hess A J, Yang R G, Smalyukh I I. Nano Energy, 2018, 48: 266?274 doi: 10.1016/j.nanoen.2018.03.029
  5. [5]Xu X, Zhang Q Q, Hao M L, Hu Y, Lin Z Y, Peng L L, Wang T, Ren X X, Wang C, Zhao Z P, Wan C Z, Fei H L, Wang L, Zhu J, Sun H T, Chen W L, Du T, Deng B W, Cheng G J, Shakir I, Dames C, Fisher T S, Zhang X, Li H, Huang Y, Duan X F. Science, 2019, 363(6428): 723?727 doi: 10.1126/science.aav7304
  6. [6]Zhang J Y, Cheng Y H, Tebyetekerwa M, Meng S, Zhu M F, Lu Y F. Adv Funct Mater, 2019, 29(15): 1806407 doi: 10.1002/adfm.201806407
  7. [7]Si Y, Wang X Q, Dou L Y, Yu J Y, Ding B. Sci Adv, 2018, 4(4): eaas8925 doi: 10.1126/sciadv.aas8925
  8. [8]Yu Z L, Yang N, Apostolopoulou-Kalkavoura V, Qin B, Ma Z Y, Xing W Y, Qiao C, Bergstrom L, Antonietti M, Yu S H. Angew Chem Int Ed, 2018, 57(17): 4538?4542 doi: 10.1002/anie.201711717
  9. [9]Cui Y, Gong H X, Wang Y J, Li D W, Bai H. Adv Mater, 2018, 30(14): 1706807 doi: 10.1002/adma.201706807
  10. [10]Liu Z W, Lyu J, Fang D, Zhang X T. ACS Nano, 2019, 13(5): 5703?5711 doi: 10.1021/acsnano.9b01094
  11. [11]Yang H W, Wang Z Q, Liu Z, Cheng H, Li C L. Polymers, 2019, 11(11): 1899 doi: 10.3390/polym11111899
  12. [12]Zhou J, Hsieh Y-L. Nano Energy, 2020, 68: 104305 doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104305
  13. [13]Meng S, Zhang J Y, Chen W P, Wang X P, Zhu M F. Micropor Mesopor Mat, 2019, 273: 294?296 doi: 10.1016/j.micromeso.2018.07.021
  14. [14]Meng S, Zhang J Y, Xu W, Chen W P, Zhu L P, Zhou Z, Zhu M F. Sci China Technol Sci, 2019, 62(6): 958?964 doi: 10.1007/s11431-018-9389-7
  15. [15]Xu Z, Zhang Y, Li P G, Gao C. ACS Nano, 2012, 6(8): 7103?7113 doi: 10.1021/nn3021772
  16. [16]Karadagli I, Schulz B, Schestakow M, Milow B, Gries T, Ratke L. J Supercrit Fluid, 2015, 106: 105?114 doi: 10.1016/j.supflu.2015.06.011
  17. [17]Liu Hongzhi(劉宏治), Chen Feiyu(陳宇飛), Geng Biyao(耿璧垚), Ru Jing(茹靜), Du Chungui(杜春貴), Jin Chundeng(金春德), Han Jingquan(韓景泉). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2016, (5): 545?559 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2016.15328
  18. [18]Qiu K Y, Netravali A N. Polym Rev, 2014, 54(4): 598?626 doi: 10.1080/15583724.2014.896018
  19. [19]Ullah H, Santos H A, Khan T. Cellulose, 2016, 23(4): 2291?2314 doi: 10.1007/s10570-016-0986-y
  20. [20]Zhang Jinming(張金明), Zhang Jun(張軍). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2010, (12): 1376?1398
  21. [21]Lv Ang(呂昂), Zhang Lina(張俐娜). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2007, (10): 937?944 doi: 10.3321/j.issn:1000-3304.2007.10.007
  22. [22]Saito T, Nishiyama Y, Putaux J L, Vignon M, Isogai A. Biomacromolecules, 2006, 7(6): 1687?1691 doi: 10.1021/bm060154s
  23. [23]Saito T, Kimura S, Nishiyama Y, Isogai A. Biomacromolecules, 2007, 8(8): 2485?2491 doi: 10.1021/bm0703970
  24. [24]Chen Wenshuai(陳文帥), Yu Haipeng(于海鵬), Liu Yixing(劉一星), Jiang Naixiang(蔣乃翔), Chen Peng(陳鵬). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2010, (11): 1320?1326 doi: 10.3724/SP.J.1105.2010.09438
  25. [25]Wang Mengzhu(王夢(mèng)竹), Fang Ying(方穎), Li Qing(李勍), Bai Lulu(白璐璐), Yu Haipeng(于海鵬), Liu Shouxin(劉守新), Li Jian(李堅(jiān)), Chen Wenshuai(陳文帥). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2020, 51(6): 586?597 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20037
  26. [26]Olsson R T, Samir M, Salazar-Alvarez G, Belova L, Strom V, Berglund L A, Ikkala O, Nogues J, Gedde U W. Nat Nanotechnol, 2010, 5(8): 584?588 doi: 10.1038/nnano.2010.155
  27. [27]Cai J, Zhang L N, Zhou J P, Qi H S, Chen H, Kondo T, Chen X M, Chu B. Adv Mater, 2007, 19(6): 821?825 doi: 10.1002/adma.200601521
  28. [28]Cai J, Liu Y T, Zhang L N. J Polym Sci, Part B: Polym Phys, 2006, 44(21): 3093?3101 doi: 10.1002/polb.20938
  29. [29]Duan Bo(段博), Tu Hu(涂虎), Zhang Lina(張俐娜). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2020, 51(1): 66?86 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.19160
  30. [30]Mao Yunzeng(毛云增), Wang Hao(王昊), Wang Dong(汪東), Shen Heng(沈衡), Yang Shuguang(楊曙光),Ma Jinghong(馬敬紅), Zhao Ning(趙寧), Liu Ruigang(劉瑞剛), Xu Jiang(徐堅(jiān)). Acta Polymerica Sinica(高分子學(xué)報(bào)), 2014, (7): 1023?1028 doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2014.14004
  31. [31]Jin H J, Zha C X, Gu L X. Carbohydr Res, 2007, 342(6): 851?858 doi: 10.1016/j.carres.2006.12.023
  32. [32]Zhang S, Li F X, Yu J Y, Hsieh Y L. Carbohyd Polym, 2010, 81(3): 668?674 doi: 10.1016/j.carbpol.2010.03.029
  33. [33]Jiang Z W, Fang Y, Xiang J F, Ma Y P, Lu A, Kang H L, Huang Y, Guo H X, Liu R G, Zhang L N. J Phys Chem B, 2014, 118(34): 10250?10257 doi: 10.1021/jp501408e
  34. [34]Zhang Shuai(張帥). Study on Preparation, Structure and Properties of Regenerated Cellulose Fibers From a Novel Solvent System (新型溶劑制備再生纖維素纖維及其結(jié)構(gòu)性能研究). Doctoral Dissertation of Donghua University (東華大學(xué)博士學(xué)位論文), 2010.
  35. [35]Cai J, Zhang L N. Biomacromolecules, 2006, 7(1): 183?189 doi: 10.1021/bm0505585
  36. [36]Cai J, Kimura S, Wada M, Kuga S, Zhang L N. ChemSusChem, 2008, 1: 149?154 doi: 10.1002/cssc.200700039
  37. [37]Cai J, Liu S L, Feng J, Kimura S, Wada M, Kuga S, Zhang L N. Angew Chem Int Ed, 2012, 51(9): 2076?2079 doi: 10.1002/anie.201105730
  38. [38]Xu Qi(徐琪), Zhang Chuanjie(張傳杰), Liu Guang(劉廣), Zhu Ping(朱平). Journal of Functional Polymers(功能高分子學(xué)報(bào)), 2009, 22(4): 349?355
  39. [39]Hou K, Hu Z X, Mugaanire I T, Li C Q, Chen G Y, Zhu M F. Polymer, 2019, 183: 121903 doi: 10.1016/j.polymer.2019.121903
  40. [40]Hou K, Nie Y L, Tendo Mugaanire I, Guo Y, Zhu M F. Chem Eng J, 2020, 382: 122948 doi: 10.1016/j.cej.2019.122948

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    早在幾千年前，天然纖維就已被人類用于傳統(tǒng)的保暖、隔熱服裝。隨著社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步，人們對(duì)服裝的功能性提出了更高的要求。近年來(lái)，更多類型的功能型纖維被研發(fā)出來(lái)，如中空纖維、超細(xì)纖維和氣凝膠纖維。其中，具有超高孔隙率、大比表面積和超低密度的氣凝膠纖維被認(rèn)為是下一代絕熱纖維，因而受到廣泛的關(guān)注。然而，由于傳統(tǒng)的濕法紡絲方法在氣凝膠本體的靜態(tài)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變與動(dòng)態(tài)的濕法紡絲工藝之間存在明顯的沖突，因此通過(guò)傳統(tǒng)的濕紡方法制造任意氣凝膠纖維仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 中科院蘇州納米所張學(xué)同研究員等人開(kāi)發(fā)了一種溶膠…

  • 新型MXene氣凝膠纖維

    新型MXene氣凝膠纖維

    氣凝膠纖維由于結(jié)合了氣凝膠的輕質(zhì)、多介孔特性與纖維的柔韌、細(xì)長(zhǎng)特性，而在智能織物、柔性電子設(shè)備和光學(xué)器件等領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而，目前的氣凝膠纖維的合成方法和性能還面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，開(kāi)發(fā)的石墨烯氣凝膠纖維的電導(dǎo)率仍不足以滿足一些實(shí)際應(yīng)用，如電加熱和電磁屏蔽等。因此，制備具有性能增強(qiáng)的氣凝膠纖維或制造具有新型納米結(jié)構(gòu)單元的新型氣凝膠纖維仍然是一項(xiàng)緊迫而關(guān)鍵的任務(wù)。 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員等人通過(guò)簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)溶膠-凝膠紡絲和超臨界CO2干燥技術(shù)制備了一種Ti3C2…

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