木棉纤维表面改性与高附加值利用研究进展

林　产　化　学　与　工　业ChemistryandIndustryofForestProducts

Vol.40No.2Apr.2020

doi:10.3969/j.issn.0253-2417.2020.02.002

木棉纤维表面改性与高附加值利用研究进展

白小杰,邓秀春,卓祖优,陈燕丹∗

(福建农林大学材料工程学院,福建福州350108)

摘　要:概述了木棉纤维的天然特性,如质轻、中空度极高(可达80%~90%),表面呈超疏水性等;同时介绍了可普遍用以提升木棉纤维应用特性的物理和化学改性方法。重点梳理总结了近年

BAIXiaojie　

来木棉纤维及其改性处理后作为环保型吸油材料、在锂-硫电池正极材料和超级电容器电极材料的应用,以及与聚酯材料复合制备吸声材料的研究进展。针对国内外木棉纤维综合开发利用的研究

现状,指出木棉纤维未来在拓展新用途以及高附加值利用方面所面临的机遇和挑战。关键词:木棉纤维;表面改性;吸油材料;电化学储能;吸声材料中图分类号:TQ35;TS102.2　　　　　　　　

　文献标识码:A　　　　　　

　文章编号:0253-2417(2020)02-0016-09

引文格式:白小杰,邓秀春,卓祖优,等.木棉纤维表面改性与高附加值利用研究进展[J].林产化学与工业,2020,40(2):16-24.

RecentProgressonSurfaceModificationandHighValue-added

UtilizationofKapokFiber

(CollegeofMaterialEngineering,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350108,China)

Abstract:Theinherentpropertiesofkapokfiberweresummarized,suchaslightweight,highdegreeofhollownessupto80%-90%,andsuper-hydrophobicsurface,etc.Meanwhile,physicalandchemicalmodificationmethodswhichcouldbewidelyusedtoimprovetheapplicationcharacteristicsofkapokfiberwereintroduced.Therecentresearchprogressfocusedontheapplicationofkapokfiberand/oritsmodifiedtreatmentaseco-friendlyoil-absorbingmaterial,lithium-sulfurbatteryanodeabsorbingmaterialwaspresented.Basedonthecomprehensiveresearchstatusofkapokfiberathomeandabroad,theutilizationwerehighlighted.materials

BAIXiaojie,DENGXiuchun,ZHUOZuyou,CHENYandan

materialandsupercapacitorelectrodematerialaswellasthedevelopmentofkapokfiber/polyestercompositeforsoundcurrentchallengesandfutureprospectsonkapokfiberexploitationwithrespecttoexpandingnewusesandhighvalue-addedKeyword:kapokfiber;surfacemodification;oiladsorptionmaterials;electrochemicalenergystorage;soundadsorption

自然界中可供开发利用的天然植物纤维资源丰富多样,实现其高效充分利用,是缓解当前备受关注的全球性资源短缺和环境污染危机的重要手段。木棉纤维是木棉植物的果实纤维,因其独特的形态特征和化学组成,呈现出质轻、吸水快、隔音、亲油、保暖、抑菌等多种性能优势,享有“植物软黄金”的美誉,成为一种极具应用潜力的新型生态纤维材料[1-2]。随着科技的发展,木棉纤维的诸多优良性能正逐步被开发利用,在保暖填充材料、浮力材料、吸油材料、隔热吸声材料、功能型生态织物等领域显示出广重点对木棉纤维高附加值开发利用的研究进展进行介绍,以期为促进木棉纤维资源的高效增值利用提供有益参考。

　收稿日期:2019-08-13

　基金项目:国家自然科学基金资助项目(31870561);福建农林大学科技发展基金资助项目(KF2015004,KFA17006A)　作者简介:白小杰(1995—　),女,河南南阳人,硕士生,研究方向为生物质炭材料;E-mail:m18814665621@163.com∗通讯作者:陈燕丹,教授,博士,硕士生导师,研究领域为生物质材料与化学品;E-mail:fjaucyd@163.com。

阔的应用前景[3-4]。作者基于木棉纤维独特的形态特征和主要性能特点,结合国内外已有的文献报道,

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1　木棉纤维的天然特性

源自攀枝花树、英雄树和烽火树等木棉属植物果实内的绵毛。已有的大量研究结果表明[2-5]:KF的诸多应用特性与其比较特异的结构形态特征和化学组成密切相关。KF的纵向外观呈圆柱状,截面呈圆形或椭圆形,表面光滑无显著卷积;单根纤维末端封闭,内部充满空气而呈气囊结构,表面破裂后的纤维则呈扁带状[6-8],其微观结构形态如图1所示。Yang等[9]用氮气吸附法对KF的孔结构进行研究,测得KF比表面积为2.99m2/g,发现其细胞壁上有裂隙状气孔存在(图1),孔径分布主要集中在3~4nm,直径为2~40nm的孔约占纤维总体积的80%。

木棉纤维(KF)是一种中空度极高(可达80%~90%)且高度木质化的天然单细胞果实纤维,主要

图1　木棉纤维的微观结构形态[9]

Fig.1　Microstructureimageofkapokfiber[9]

a.×500;b.×5000;c.×10000

木棉虽然称为棉,但跟常规的棉类纤维在化学组成和可纺性上存在明显差异。天然棉类(常用白22%)和半纤维素(22%~45%),纤维素质量分数低于50%且结晶度低。KF表面还富含2%~3%的蜡质,表面自由能仅49.65mN/m,单根KF与水的接触角为151°,呈现出超疏水性[10-11]。另外,木棉纤维长度短(约8~34mm),细度仅为棉纤维的1/2,但因其木质素含量高,故扭转刚度较大(可达7.15×10-3cN·cm2/tex2),加之表面光滑,致使KF的可纺性和染色性均较差,强度亦较低[12-13]。利用KF中空且壁薄等特点,将其作为天然高分子基材或生物模板,在设计制备结构与性能独特的功能复合材料方面具备一些天然优势[14]。

棉和各种彩棉)几乎不含木质素而纤维素质量分数则高达90%左右;而KF含有较高的木质素(15%~

2　木棉纤维的表面改性

2.1　化学改性

原生KF的蜡质外壁光滑,不利于其它组分的有效复合。为了对KF固有的应用特性加以提升或拓

展,可以通过化学或物理的方法对其表面特性进行改性处理。

采用化学方法对天然纤维进行改性,是实现天然纤维和基体材料之间产生有效结合位点的有效手段之一。利用化学碱处理KF,可以有效去除覆盖在纤维表面的木质素、半纤维素、蜡质和油脂等成分,从而达到改变KF的表面理化特性以及力学性能的目的。Abdullah等[15]研究表明:用NaOH预处理KF的丝光整理效果显著,并导致纤维素组分的晶型、结晶度和纤维的表面形貌发生明显变化;与未处理纤维相比,碱预处理后的KF表面会产生微纳米级的凹凸褶皱结构并伴有孔洞或浅坑存在,这种微纳米级的粗糙表面可以增加KF与液体试剂的接触面积,提高流体在纤维外表面的附着力,使其更易渗入KF的内腔表面。此外,酸、碱预处理对KF的微观堆积结构也有很大影响。例如,NaOH预处理后的KF,纤维素的结晶度下降,且晶相结构由Ⅰ型向Ⅱ型转变;同时伴随着显著的脱酯效应,纤维表面大量亲水性的羟基官能团得以更有效地暴露,这一方面有利于提升KF之间的抱合强度和表面反应性,增强木棉纤维与基体树脂或染料分子的结合力;另一方面,碱处理也会引起KF刚性的中空结构产生坍塌,降低其

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吸油容量[16]。但Wang等[16]研究指出,KF的吸油能力与NaOH的浓度、预处理温度和处理时间有关,在合适的条件下对其进行碱处理(见图2),增加了表面粗糙度及纤维的非晶区比例,促进化学溶剂的渗透,有助于改善KF的吸油性能。预处理试剂不同,木棉纤维的吸附性能也不同,经HCl、NaOH、NaClO2呈现出更好的吸附性能。

和氯仿预处理过的KF吸附甲苯、氯仿、正己烷的实验结果表明:NaClO2预处理KF对几种模型吸附质均

图2　未处理(a)与碱处理(b)木棉纤维扫描电镜图[15]

Fig.2　SEMimageofuntreated(a)andalkali-treated(b)kapok[15]

除此之外,为了去除KF表面的蜡质,也可以利用氯仿、乙醇、苯-乙醇等有机溶剂体系对其进行预处理。Lim等[17]研究表明:采用氯仿、乙醇、苯-乙醇预处理木棉纤维,会破坏KF的疏水亲油特性,从而使其在油水过滤分离应用中的穿透时间提前。Tye等[18]则考察了酸、碱预处理对KF酶解制备还原糖的影响,结果表明:原生KF的酶解还原糖得率仅有0.8%,而酸预处理后KF的酶解还原糖得率可大幅提升至85.2%;尤其是碱预处理,可以更加有效脱除KF中的木质素,使酶解还原糖得率接近100%。因而,碱预处理被认为是酶解木棉纤维素制备葡萄糖,进而生产第二代生物乙醇燃料的有效途径。究结果显示,NaClO2预处理可以强效脱除KF中的木质素,从而增强KF的亲水性[19]。另外,NaClO2预处理还会引起KF聚集态结构发生明显变化,扩大纤维的非晶区,从而比原生KF具有更好的浮油回收性能和可重复使用性[20]。Chung等[21]将KF依次用NaClO2-NaIO4-NaClO2进行一系列的化学氧化改性Zn2+的吸附率均可达91%以上。唐爱民等[22]研究指出TEMPO氧化预处理可以选择性地将木棉纤维素分子链C6位的羟基氧化为羧基,以此KF为基材和模板制备有机/无机纳米复合材料,可使纳米粒子粒径更均一且分布更均匀。相反地,对KF表面进行乙酰化改性则是为了增强其疏水性,由此提升KF2.2　物理改性

和高分子树脂的界面结合作用和吸油性能[23-24]。

处理后,KF的管状中空形貌得以保持,同时在纤维表面生成大量的—COOH官能团,对Pb2+、Cu2+、

利用NaClO2对KF进行氧化预处理也是其亲油亲水性和表面特性的常用方法之一。已有的研

另一方面可以大大破坏木质素上的甲氧基官能团,从而达到抑制KF易燃的目的,而且KF的阻燃性能但纤维表面会产生微褶皱和一些断裂,比表面积有所增加,从而可以使更多的γ-Fe2O3或CdS纳米粒子通过原位反应复合到KF表面。从已有的研究结果来看,利用超声波或辐照技术对KF进行预处理,不会对其微观形态和中空结构产生显著影响。

Chung等[25]研究发现,利用γ射线对KF进行辐照处理,一方面可以有效去除KF中的可燃性组分,

随着γ射线剂量的增大而逐步提升。唐爱民等[22,26]研究发现,经超声波处理后的KF仍存在中空结构,

3　木棉纤维的应用

3.1　木棉纤维用作吸油材料

随着全球石油开采量的持续增长,油品在运输和加工过程中突发性溢油事故频发,对水资源、海洋环境和土壤等造成严重破坏。为了经济高效地回收溢油和减少危害,高性能吸油材料在含油水体处置、污水资源化等领域发挥着越来越重要的作用。合成高分子吸油材料虽然有诸多优点,但通常制备工艺

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复杂且不易降解,易造成二次污染。因此,近年来基于天然廉价材料的环保型吸油材料的开发和应用受到高度重视。

KF由于它的中空内腔和表面蜡质,不仅浮力大还可以存储大量油脂,实现油水分离并悬浮在油水

30~40g/g,油水吸附质量比最高可达201.53,因而在含油污水处理或油水分离等领域受到了广泛关注[27-28]。Dong等[29]定量评估了KF对不同油脂的吸附性能和黏附能力,在油水分离实验中,KF对乳化状态和分散状态下不同粒径的油滴均有较好的吸附作用,其中对植物油的吸附和附着能力最为优异,与废机车油的吸附量(58.5g/g)相比,其对植物油的吸附量达63g/g。此外,通过接枝和表面涂覆等方法对KF进行改性,可以进一步提高亲油性、持油能力和循环使用性,从而开发出性能更加优异的木棉基吸油材料。结果表明:乙酰化KF对柴油的吸附量为原KF的2.5倍,快速达到吸附平衡(10min)后将其静置120min,测得改性KF对柴油的保油率为84.8%,并可以重复利用。此外,Wang等[32]结合运用溶胶凝胶-表面疏水改性法,制备了具有纳米级粗糙表面结构和低表面能的纳米SiO2/KF超疏水亲油材料,合成过程如图3所示。该低密度吸油材料能够快速46.9和58.8g/g以上,通过简单的真空20%,适用于大规模含油污水的高效净化处理。

循环使用8次后吸油容量下降不到吸附柴油和大豆油,吸油倍率分别在过滤方法可以去除90%以上的吸附油,

图3　纳米SiO2/KF超疏水亲油材料的制备过程及结构示意图[32]

Fig.3　Schematicrepresentationoftransitionfromraw

kapokfibertosuperhydrophobickapokfiber[32]

混合物中,凸显其作为一种天然疏水亲油吸附材料的优势和潜力[3]。KF对不同油脂的吸附能力可达

Wang等[30]和岳新霞等[31]将表面乙酰化改性的KF用于吸附分离油水混合物中的大豆油或柴油,

吸附能力,结果表明:OTS处理后的KF(OTS-KF)表面变得粗糙,OTS-KF与水的接触角明显增加,短时间内就可以达到吸附平衡,说明附着在纤维表面的OTS能够提高纤维的吸油能力。不仅如此,通过将KF光滑表面改造成具有多尺度微-纳结构的粗糙表面,也可以有效提升原生KF的吸油性能。例如,将疏水改性的纳米SiO2均匀分散在聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)溶液中,随后用该混合溶液对KF进行浸渍Wang等[35]首先在预改性KF上均匀负载Fe3O4纳米粒子,然后进一步利用气相沉积法在其表面沉积低表面能的十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS),制备了具有磁响应性的超疏水杂化KF,其在选择性吸附和持续分离含浮油污水方面表现出巨大的应用潜力。类似地,Wang等[36]还通过一步水热法和十二硫醇表面疏水改性法,制备了具有针状纳米ZnO涂层的超疏水/超亲油杂化KF,对一系列油脂和有机溶剂的吸附倍率为40.8~70g/g,不仅具有高效的水包油型乳液分离性能,而且其吸油容量和疏水性在重复循环使用80次之后也不会明显下降。

除通过表面改性用以提高KF的亲油性外,近来研究发现将KF与一些高分子聚合物进行复合,利用组分间产生的协同效应,可以制得综合应用性能更加优异的木棉基吸附材料。Kang等[37]利用γ射线辐照的方法,诱导甲基丙烯酸缩水甘油酯在经氧化预处理过的KF表面进行接枝聚合,考察了接枝量、单体浓度、温度和反应时间对接枝程度的影响,发现接枝率随温度、时间和辐照剂量增加而增加。王等[38]以预处理KF为基材,通过接枝反应制备了KF接枝聚苯乙烯吸油材料,该材料显示出更高效的吸附性能,对氯仿和甲苯的吸油倍率分别达65.4和43.2g/g,同时具有吸油速度快和较好的重复利处理,便可制备获得表面涂覆有SiO2@PBMA纳米级粗糙涂层的杂化KF优质吸油材料[34]。最近,

Zheng等[33]探究了用十八烷基三氯硅烷(OTS)处理过的KF对机器润滑油、发动机油和大豆油的

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用性能。Wang等[39]还以聚甲基丙烯酸正丁酯和聚苯乙烯为表面改性剂,采用简易的溶液浸渍法制备了表面包覆型木棉基复合吸油材料,得益于聚合物表面涂层在KF表面形成的波纹状粗糙的微观形貌,该复合吸附剂对汽油、柴油、大豆油和石蜡油的吸油倍率高达62.3~83.3g/g,同时表现出优良的持油性和可重复使用性能,在溢油清除回收领域极具应用潜力。Thilagavathi等[40]将一种木棉/聚丙烯(质量比80∶20)针刺无纺布用于油脂清理,其对高密度油和柴油的最大吸油倍率分别为40.8和29.0g/g,明显高于商业聚丙烯基吸油垫且更加生态环保。近年来,东华大学徐广标研究团队在KF油液吸附特性和油水分离应用研究领域也取得了一些重要成果[41]。该团队从单纤维微油液吸附研究着手,结合Washburn的毛细芯吸理论,首次从纤维中腔和纤维间两个层面,展示了KF中腔和纤维间孔隙双尺度油液吸附能力,并建立了KF集合体双尺度孔隙特征的吸油预测模型,量化论述了纤维中腔结构对纤维吸油量的重要影响[42]。基于此,相关人员积极探索各种制备高孔隙率纤维吸油絮片方法,发现采用气流操控纤维具有突出优势,可以有效避免对纤维中腔的破坏。由此,通过引入10%~20%的聚丙烯/聚乙烯皮芯型复合纤维,以气流-成网-热黏合方法,成功制备了具有高油液吸附和拦截特性的各类三维结构化的KF吸油体[43]。其中所制备的木棉/中空聚对苯二甲酸乙醇二酯(PET)吸油絮片具有高达98.02%的平均孔隙率,对不同油液的吸油倍率可达43~63g/g,并在悬挂静置24h后,对吸收油液的保留率在80%3.2　木棉纤维用作电化学储能材料

以上[44]。该研究团队的系列成果对今后KF吸油材料的制备及其油水分离应用将发挥重要作用。

3.2.1　锂硫电池正极材料　锂硫电池能量密度是目前锂离子电池的3~5倍,是极具发展前景的新一代高比能化学电源。然而,目前锂硫电池商业化应用的一大挑战是硫的导电性差而且很容易溶解到电解质中,导致两侧电极在仅仅循环几个周期后就急剧下降。以炭作为导电骨架的硫炭复合正极材料能在不同程度上解决上述问题,从而有效提高了锂硫电池的放电容量和循环性能[45-46]。

近几年,纳米炭在锂硫电池中的应用得到了广泛关注。利用纳米炭材料的独特孔结构,可以调变多

硫化物的溶解、迁移和穿梭,减少活性材料的流失[47]。受仿生材料设计启发,Tao等[48]首次以KF为原料,经高温炭化获得了鱼鳞状的炭材料,并以此作为硫的载备锂硫电池正极材料。木棉基炭材料独特的纳米瓦片状微结构,对于抑制多硫化物的穿梭效应、提升硫颗粒导电性以及调节硫在充放电过程中的体积变化具有重要作用。由木棉基炭纳米瓦片载硫正极材料构筑的锂硫电池呈现了高且稳定的体积容量(504mA·h/cm3),在0.4A/g电流密度下循环使用90次后,体积容量保留率为95.4%。利用KF的大空腔结构为生物模板,用于制备空心微管状炭材料具有天然优势。然而,KF的薄壁结构在制备过程的多种因素影响下,其中空管状结构往往难以为继。为此,Mu等[49]通过氧化聚合反应使苯胺单体在KF表面聚合形成聚苯胺(PANI)保护层,再将此KF@PANI进行高温炭化,制备获得保留有中空管状结空管状结构的C@MnO2杂化复合材料(图4)。以C@MnO2为工作电极,当电流密度为0.5A/g时,在三电极体系中测得最大比电容为321F/g,而且测得的比电容具有正的温度效应。C@MnO2复合电极的优良电化学性能,主要归因于KF衍生炭的多尺度介孔管状结构与MnO2超薄纳米片相互贯穿的多孔结构之间产生的协同效应。

构的木棉炭材料。该木棉炭材料进一步与高锰酸钾溶液在一定条件下进行氧化还原反应,成功制备了中

图4　中空管状结构木棉炭/二氧化锰(C@MnO2)杂化复合材料的制备过程及结构演变示意图[49]

Fig.4　Syntheticrouteofthehollowed-outtubularC@MnO2hybridcomposites[49]

第2期白小杰,等:木棉纤维表面改性与高附加值利用研究进展　21

3.2.2　超级电容器电极材料　超级电容器(SCs)是一类新型的储能器件,与传统的电池和电解电容器相比,拥有高功率密度、长循环寿命、快速充放电速率以及优良的安全性,使之在电化学储能领域受到越来越多的关注[50-53]。电极材料是构成SCs的核心部件,可用于制作SCs电极的材料主要有炭材料、导电聚合物和过渡金属化合物等。其中,利用天然可再生的生物质制备获得结构与性能优化的多孔炭电极材料正日益受到广泛关注[54]。近年来,基于具有高中空度独特管腔结构的KF,设计制备综合性能优良的木棉基多孔炭材料在SCs电极材料应用方面也取得了一些新进展。与传统呈不规则形态的活性炭相比,木棉基炭材料的一维中空结构可以为离子和电子的传输提供更快速的通道,并且易于储存电解液进行电化学反应,有望表现出优异的储能效率。

Wang等[55]研究了热解温度对KF为原料的自掺氮多孔炭材料结构和电化学性能的影响,在750℃热

解温度下获得的多孔炭材料比表面积最大,制备成超级电容器电极材料后,在电流密度为1A/g时,比电容可达283F/g,且电化学循环稳定性优异。Cao等[56]以KF为模板和前驱体,以(NH4)2HPO4为致孔剂、化学交联剂和氮/磷掺杂剂,进行原位炭化-活化反应,得到具有中空微管结构的氮掺杂炭材料,用作超级电容器电极材料时,在有机电解质中表现出良好的电化学性能。由此可见,以KF为前驱备的炭材料在电化学应用方面的巨大潜力。另外,基于KF与金属氧化物构筑的炭微管/金属氧化物先进复合电极,在电化学性能方面较纯KF衍生炭材料更为优异,因此也更具有商业实用性。Xu等[57]制备得到炭化木棉纤维/氧化镍(CKF/NiO)复合电极,在电流密度为0.5A/g时,所组装的对称超级电容器的比电容可达575.7F/g;进一步将CKF/NiO复合电极与商业活性炭分别作为正极和负极,构成不对称超4000次循环充放电后,初始比电容未发生明显退化,表现出了良好的循环稳定性。在此基础上,Xu级电容器装置进行电化学测试,结果显示其功率密度为.6W/kg,能量密度可达7.5Wh/kg;在经过等[58]进一步通过简单的水热-炭化方法制得CKF/CoNiOx复合电极,在6mol/LKOH电解液中进行电化学性能测试,结果表明:在电流密度为0.25A/g时,所组装的对称超级电容器比容量可达502.4C/g,在循环充放电5000次后,电容保留率为97.5%。高比电容和良好的循环稳定性体现出KF/金属氧化物复合物作为高性能电极材料的的显著优势。Xu等[59]又以KF为基体,制备了KF@MoS2/rGO气凝胶作为复合电极的阴极,KF/MnO2作为阳极,在聚乙烯醇(PVA)/Na2SO4凝胶电解质中组装成全固态高性能非已有的研究结果认为,KF独特的中空微管结构与杂化的电活性组分之间会产生协同增效作用,可在提高电极材料比表面积的同时,促进电解质溶液的渗透并缩短电子的传输距离,从而大大提高了电极材料3.3　木棉纤维用作吸声材料

的利用率,体现出以木棉纤维为前驱体研制超级电容器高性能电极材料的诱人前景[57-59]。

对称电容器,测得的比电容可达347F/g;在功率密度为0.25kW/kg时,其最大能量密度可达63.4Wh/kg。

随着现代工业和运输业的发展,噪声污染已经成为威胁人类生命健康的重要因素之一,这一现象也促使人们加快对吸声材料的开发与利用。使用天然纤维生产吸声材料,倡导环保性是当今社会的发展趋势。具有独特空心薄壁结构的木棉纤维在吸声方面有一定的优势,这种天然构造可以增加声波与纤维之间的摩擦,削弱声波强度。KF集合体的吸声性能跟它们的体积密度、厚度及其取向性密切相关,但受纤维长度的影响较小。在相同厚度条件下,尽管KF的体积密度比商用的玻璃绒或脱脂棉纤维要小得多,但它们的吸声系数却基本相当。因此,对KF的吸声性能加以充分开发利用具有现实意义[60]。

Liu等[61-62]对KF/中空聚酯纤维(质量比90∶10)、聚丙烯纤维和中空聚酯纤维所制备的无纺布材

料在100~500Hz低频区的吸声性能进行研究,结果表明:天然KF在低频声波段比聚丙烯纤维和中空聚酯纤维具有更优异的吸声特性。目前开发的KF吸声无纺布材料多是与高分子聚合物纤维共组的复合材料,在环境友好性方面仍有所欠缺。为此,Ganesan等[63]将木棉纤维与乳草纤维按照一定比例混合制成无纺布,研究发现质量比为40∶60时,吸声效果最佳。Kaamin等[]将KF与蛋托进行简单组合制成吸声板,研究结果表明:该组合吸声板可以很好地吸收低频区的声音,同时具有工艺简单、成本低廉的优点。

　22林　产　化　学　与　工　业第40卷

4　结语

木棉纤维(KF)作为一种来源丰富的可再生天然植物纤维,以其独特的结构和优越的性能,近年来

在学术研究和工业应用领域受到了越来越多的关注。但总体而言,KF的研究仍然存在较大的局限性,KF的社会认知度也还不够。目前,KF的开发利用研究主要集中在染色、絮填材料、纺织和浮力救生材料等方面。除此以外,基于KF的高中空及疏水亲油特性,经过表面改性或复合的手段研制高性能吸油材料也取得了一系列阶段性的成果。虽然改性KF及其复合物具有较高的吸油倍率,但如何进一步改善和提高其持油率和重复使用性,仍将是KF作为吸油材料需关注和解决的重要问题。另一方面,KF在可持续能源材料和吸声材料的开发利用研究尚属起步阶段。以KF为生物模板和碳源,进一步构筑具有中空管状结构的炭/过渡金属氧化物先进复合电极,在高性能超级电容器的潜在应用让人耳目一新。当今,构筑具有高柔性、可编织、体积小、大能量储存的能源材料为可穿戴器件供能,是穿戴电子器件得以商业化应用的关键性挑战,成为国内外众多科研工作者的研究热点之一。在众多储能材料中,一维线性结构的柔性纤维状微型超级电容器,被认为是最具潜力实现为柔性穿戴器件供能的选择。因此,如何最大限度地保留和利用KF与生俱来的一维中空结构特性,研制出柔性纤维状先进电极用于微型超级电容器值得期待。综上,在追求绿色环保的时代大背景下,随着科学技术的持续创新发展及其对KF研究的不断深入,进一步发挥木棉纤维的结构与性能优势,拓宽其在吸油、储能、传感材料等高附加值新领域的应用,将是今后研究的重点和方向。

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