DOI:10.1016/j.polymertesting.2020.106591

本文报告了一种制备具有高取代率（高达80 wt％）且形貌良好的木质素生物油基电纺纳米纤维（LENFs）的新方法。该方法利用木质素解聚反应获得的高反应性和低异质性的小分子木质素生物油来制备取向良好的LENFs，具有独特性和可推广性。首先，分析了各种共混物溶液的比例和静电纺丝参数对所制备的LENFs性能的影响。结果表明，产生最佳电纺纳米纤维的最佳参数如下：混合溶液比，含有80 wt％秸秆木质素生物油（SLB）和20 wt％聚丙烯腈（PAN）的20 wt％混合溶液，流速为1 mL/h，电压为20 kV，转速为500 r/min以及针与收集装置之间的距离为20 cm。其次，使用最佳LENFs制备了木质素生物油基碳纳米纤维（LCNFs），并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）谱、拉曼光谱和张力测试评估其性能。研究结果表明，与纯PAN碳纳米纤维（PCNFs）相比，所制备的LCNFs具有相似的光滑表面、相似的结晶度和相似的机械性能。这项工作可以促进木质素解聚主要产品的利用，以生产木质素基材料，同时还有助于减少高成本PAN的使用。

图1.各种解聚产物的收率和质量平衡。

图2.秸秆木质素生物油的表征。（a）2D-HSQC NMR光谱，（b）2D-HSQC NMR光谱中显示的主要结构，（c）GPC曲线和（d）DSC曲线。

图3.秸秆木质素生物油的表征。（a）元素分析和（b）31P NMR定量。

图4.木质素生物油基电纺纳米纤维的SEM图像，由含不同比例木质素和PAN的15 wt％共混溶液制成。

图5.在不同电压下获得的木质素生物油基电纺纳米纤维的SEM图像。（a）10 kV、（b）15 kV、（c）20 kV和（d）25 kV（顶部），以及相应的直径分布（底部）。

图6.在针头与收集网的不同距离下获得的木质素生物油基电纺纳米纤维的SEM图像。（a）15 cm、（b）18 cm、（c）20 cm和（d）25 cm（顶部），以及相应的直径分布（底部）。

图7.在不同转速下获得的木质素生物油基电纺纳米纤维的SEM图像。（a）0 r/min、（b）200 r/min、（c）500 r/min和（d）800 r/min（顶部），以及相应的直径分布（底部）。

图8.在不同流速下获得的木质素生物油基电纺纳米纤维的SEM图像。（a）0.5 mL/h、（b）1.0 mL/h、（c）1.5 mL/h和（d）2.0 mL/h（顶部），以及相应的直径分布（底部）。

图9.通过（a）FT-IR光谱、（b）TG曲线、（c）DTG曲线和（d）DSC曲线表征木质素生物油基电纺纳米纤维。

图10.碳纳米纤维的形态和直径的SEM图像。（a）纯PAN碳纳米纤维和（b）木质素生物油基碳纳米纤维。

图11.通过（a）XRD图、（b）拉曼光谱、（c）拉伸应力和（d）杨氏模量表征碳纳米纤维。