不列颠哥伦比亚大学姜锋团队 CEJ：高产率制备阻燃的纳米木质纤维基隔热材料

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隔热材料被广泛应用于建筑热管理和制冷设备等领域，是构建低碳生活的一个重要组成部分。目前市面上主流的隔热材料主要有石油基材料（聚苯乙烯、聚氨酯等）和无机材料（玻璃纤维等）。从纤维素和木材这类可再生资源也可制备隔热材料，但因其较差的隔热性能和必须额外添加阻燃剂以实现消防安全，目前在市面上只有不到5%市场占有率。

近日，加拿大不列颠哥伦比亚大学姜锋团队报道了一种利用低共熔体系（deep eutectic solvent），从低成本木纤维高产率制备硫酸铵接枝的纳米木质纤维，并将其组装成具有优异阻燃和隔热性能材料的方法（图1）。图1 从低成本木纤维（化学机械热磨浆CTMP）制备防火隔热材料 通过一步氨基磺酸/尿素低共融体系实现了木质纤维的“类加成”反应，提升了表面电荷密度从而促进了纳米木质纤维的低能耗、高产率（~151%）制备，并最大限度减少了副产物的生成。有趣的是，通过一步低共融体系原位引入的带电硫酸铵基团（高达3.53 mmol/g）同时给木质纤维提供了优异的阻燃性。这使得其自组装形成的多孔气凝胶（图2）的极限氧指数（LOI）达到了35.3%，在不需要进行额外阻燃剂处理的情况下表现出优异的阻燃性（图3）。其宏观导热系数在31-32 mW/m∙K区间，与市面主流隔热材料性能相当（图3）。

图2 纳米木质纤维自组装形成的具有微米蜂巢构型的多孔材料，及其力学/热稳定性能 
图3 木质纤维基多孔材料的隔热和阻燃性能

该工作以“Developing flame-retardant lignocellulosic nanofibrils through reactive deep eutectic solvent treatment for thermal insulation”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上（Chemical Engineering Journal, 2022, 445, 136748）。文章第一作者是加拿大不列颠哥伦比亚大学博士后朱晔凌博士。该研究得到加拿大联邦自然科学与工程基金委（NSERC）和不列颠哥伦比亚省林业部的共同支持。

该工作是团队近期关于纳米纤维素/纳米木质纤维的制备与自组装相关研究的最新进展之一。作为一类在功能食品、生物医药、清洁能源、海水淡化、环境保护等领域具有广泛应用前景的基础材料，如何提升纳米纤维素/纳米木质纤维的品质，降低副产物的生成从而实现高效环保生产，具有非常高的经济和社会价值。为此团队探究了过去几年内绿色制备纳米纤维素/纳米木质纤维领域的最新进展（Carbohydrate Polymers, 2021, 267, 118188），重点研究了可回收有机酸（Industrial Crops and Products, 2021, 173, 114148）和二元/三元低共熔体系（Carbohydrate Polymers, 2020, 247, 116727; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8.18, 7182），并探索了阻燃改性方案（Advanced Engineering Materials, 2022, 202101534）。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136748

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