DOI: 10.1007/s10924-020-02029-7
木質素是一種廉價的可再生天然聚合物，可用作生產碳纖維的前體，其轉化速度明顯快于聚丙烯腈。木質素可以通過溶解在各種溶劑中進行分餾，以降低其多分散性。具有較高分子量分布的餾分可用于溶劑型紡絲技術，如靜電紡絲。研究人員根據Hansen溶解度理論選擇了幾種溶劑體系，并對它們進行了溶解度和可靜電紡絲性能測試。由于具有大批量生產的潛力，經測試，選定的溶劑體系可成功用于無針靜電紡絲工藝。靜電紡絲需要使用高濃度的木質素溶液，這將會導致較高的粘度。因此，研究者測定了選定溶液的弛豫時間和粘度，該因素在生產光滑纖維方面起著舉足輕重的作用。最后，使用交流電對這些溶液進行了靜電紡絲試驗。該技術具有生產效率高、使用方便等優點，為木質素纖維的大規模生產提供了新的可能性。這種材料可用于許多應用，例如電池、超級電容器或復合材料的生產。總體而言，本研究提供了一種廉價的可再生天然聚合物來源，可以很容易地將其轉化為碳納米纖維層。
圖1.木質素和所用溶劑的相關位置Teas圖。圖中的數字代表每種溶劑。那些可以用于靜電紡絲的溶劑以紅色顯示，那些用于電噴霧的溶劑則以藍色顯示。其余的溶劑都不適合用于任何一種技術。半徑為R0的木質素位置以綠色顯示
圖2.針式靜電紡絲裝置，其中（1）表示線性注射泵；（2）注入聚合物溶液的注射器；（3）帶電針；（4）接地的旋轉收集器；（5）直流電機；（6）高壓電源
圖3.不同濃度的木質素溶解在DMF/MeOH（8:2）中的顏色變化
圖4.不同形態木質素纖維溶解在選定的溶劑體系中并通過針式靜電紡絲進行紡絲
圖5.測定木質素溶液弛豫時間的裝置
圖6.直流無針靜電紡絲裝置的原理圖：（1）為帶電電極；（2）為帶相反電荷的對電極；（3）為裝有溶液和覆蓋線的筒體；（4）為一卷收集纖維的紡粘材料
圖7.將不同濃度的木質素溶解在DMF中，隨后對其進行直流無針靜電紡絲的SEM圖像
圖8.（a）交流靜電紡絲設備，其中（1）表示交流高壓電源，（2）是裝有木質素溶液的瓶子，（3）是專門設計的紡絲電極，（b）通過交流靜電紡絲制備的纖維的SEM照片以及形態分析
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