电场诱导纳米纤丝纤维素在热塑性聚氨酯基体中发生取向Compos Sci Technol(IF=8.528)Compos Sci Technol(IF=8.528)电场诱导纳米纤丝纤维素在热塑性聚氨酯基体中发生取向 纤维素因其可再生、可生物降解，广泛应用于生物、化工和材料领域。纳米纤丝纤维素（NFC）具有高长径比、高结晶度、优异的机械性能和小密度等优点，可作为聚合物基体增强剂。然而，由于NFC在聚合物基体中分散性差、分布不均，其作为增强剂的潜力尚未充分发挥。研究表明，纺丝、机械变形、磁场和电场等方法可以诱导聚合物基体中的纳米纤丝纤维素发生取向。 四川大学研究团队在材料科学领域Top期刊Composites Science and Technology在线发表了题为“Electric field-induced alignment of nanofibrillated cellulose in thermoplastic polyurethane matrix”的文章，该团队采用热塑性聚氨酯（TPU）为聚合物基体，四甲基哌啶氧化物（TEMPO）氧化制备纳米纤丝纤维素，在电场作用下探究TPU基体中NFC取向。 （点击左下角阅读原文，直达文献页面）。 1、 纳米纤丝纤维素的制备 2、 电场下制备各向异性TPU/NFC纳米复合材料 3、 TPU/NFC纳米复合材料性能分析 研究发现 向TPU/NFC悬浮液施加0~2000 Vpp的电场30 min，制备各向异性TPU/NFC纳米复合材料。对照中，NFC随机分散在TPU基体中，无明显的团聚和取向。当电场强度增加至500 V时，纳米纤丝纤维素发生定向凝聚形成链状，且随着电场强度的增加，链增长，凝聚取向更明显，电场强度的大小与TPU基体中NFC的定向程度呈正相关。  在10~1000 Hz频率下探究TPU中NFC的取向，1000 Hz时，NFC排列成链较少，而10 Hz下可排列成均匀的链状。电场作用下，NFC发生极化，由于极化率的各向异性，极化NFC的偶极子向电场方向旋转，频率越低，对齐取向效果越好。  在100 Hz，2000 Vpp电场作用下，0~10分钟，NFC发生聚集，沿电场方向旋转。10分钟后，形成更粗、更长的链状，且间隙增大。   在不同电场强度下制备的各向异性TPU/NFC复合材料，储能模量在纵向和横向上差异较大。TPU/NFC复合材料在平行方向上的拉伸强度和断裂伸长率分别是各向异性样品在垂直方向上的2.07倍和1.82倍。根据FTIR结果，NFC与聚氨酯分子的羰基之间形成新的氢键，实现NFC和TPU基质间的界面相互作用。在低频电场下TPU/NFC复合材料发生离子极化和界面极化松弛，材料的介电损耗降低。  本研究利用电场制备了各向异性的TPU/NFC复合材料。在电场作用下，NFC沿电场方向旋转，NFC两端相互作用形成链。NFC的取向与电场强度的大小呈正相关，频率的影响与样品粘度有关。制备的各向异性TPU/NFC复合材料在平行方向上的拉伸强度和断裂伸长率分别是各向异性样品在垂直方向上的2.07倍和1.82倍。定向NFC的样品介电常数增加，介电损耗降低，这为制备高性能介电材料提供了一种新思路。 参考文献 https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2017.12.017 |
