木质素碳纤维的制备与结构和性能研究

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1、木质素碳纤维的制备与结构和性能研究摘要木质素是数量上仅次于纤维素的第二类芳香族高分子材料。目前主要作为工业制浆的副产品，随废水排放掉。若不进行回收利用则不仅对环境造成严重的污染，而且造成了物质资源的极大浪费。因此，木质素的商业化应用一直是科学家研究的目标，尤其是在人们对能源危机认识的不断提高的今天。木质素结构复杂，可降低为小分子利用，也可以大分子直接利用。木质素结构中含有甲氧基、酚羟基、羧基和羧甲基等许多官能团和化学键，所以有很强的反应活性，这为其化学改性和综合利用提供了可能。本文选用天然高分子木质素和

2、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为原料，采用熔融纺丝技术制备了木质素／聚对苯二甲酸丁二醇酯共混纤维，对其进行预氧化和碳化后得到了木质素碳纤维，并对其结构与性能进行了研究。在制备木质素／PBT共混纤维之前，本文首先对木质素的基本性能进行了测试与表征。比如，术质素颗粒的粒径、结构、形态、热力学行为、表面性能和在不同浓度的酸碱溶液中的表现。以不同比例木质素和PBT为原料，采用微螺杆共混方法制备共混纤维及应用红外光谱、热性能分析、扫描电镜等方法研究了木质素／PBT共混纤维的相容性。结果表明：木质素含有大量亲水基团

3、，与PBT以氢键连接，所以两者之间有较好的相容性。SEM图显示共混纤维中两种原料共混均匀，无相分离现象。选取相容性好且含较大木质素成分的比例和熔融纺丝技术，我们进一步制备了木质素／PBT共混纤维，然后采用两种不同的升温速率对共混纤维进行预氧化和两种不同的温度对其进行碳化，最后得到了木质素碳纤维。红外光谱表明：经过预氧化和炭化得到的木质素炭纤维中主要保存了由木质素提供的位于1660cm叫的芳环中C=C基团，和位于3420cm。的一OH基团，而其余结构，尤其是PBT的成分均在高温中被破坏和失去。木质素炭纤维

4、的SEM图显示，以本文介绍的工艺制备得到的木质素炭纤维无传统意义上的纤维特征，因为这种纤维似乎类似静电纺丝方法得到的纤维，是肉眼不能分辨的具有纳米尺度的纤维，而这种纳米纤维的直径一般在1．25一O．25微米，长度在180微米，且长度与炭化温度有关。但具体的成纤机理有待进一步的研究。关键词：木质素聚对苯二甲酸丁二醇酯相容性共混物碳纤维Fabricationlignin—basedcarbon6berandstudiesofstructureandpropertiesABSTRACTLigninisthes

5、econdricharomaticmaterialonlVinferiortocelluloseLl星mmlstnesecondncharomatlcmaterialonlvinferiortocelllllnseinamount．usuallyligninisaby—pro

6、efore，to印ply1igninhasbeenlongtimetakenasata唱etforscientists，especiallyatmomentrelatingtotheenergysourCeproblemintheworld．Ligninhascomplicatestmctureandavailableappliedasbothmicro．ormaCromoleculesdirectlyinsomecases．Asknown，ithasgroupse．g．thephenyl，phenol

7、ichydroxyl，aliphatichydroxyl，ca小onyl，carboxyl，methoxyl，conjugateddoublebondeta1．toproVidethepossibilit)，of如rtherchernjcalreactionandapplication．Ta虹ngnaturalli朗inandpoly(butyleneterephathalate)，PBT，asrawmaterialsandmeltspmningmethod，wepr印aredseverallignin

8、／PBTblendfibersinitially．Thentheseblendfibersweremrtheroxygen仃eatedandca而onizedunderdifIferenttemperamreconditions．Thestructureandpropertiesofthesecarbonized6berswerecharacterizedbyFTIRspectroscopy，DSCandSEM．BefIore丘berf．a