DOI:10.1007/s10965-020-02304-0

本研究采用溶液静电纺丝法，对硫酸盐木素（KL）、乙二醛化KL及其与聚丙烯腈（PAN/KL）的共混物进行静电纺丝，以研究碳材料应用中所用膜的形态。优化了工艺参数，以获得具有较高KL含量且无缺陷的PAN/KL纳米纤维。这项工作使用了三种类型的KL：未纯化的（KL）、纯化的（KLp）和乙二醛化的（KLg）。为了提高KL的摩尔质量，还研究了乙二醛化反应时间和乙二醛与KL的比例对反应的影响。结果表明，与标准KL相比，每种乙二醛化KL的摩尔质量都有所增加。随着反应时间和乙二醛与KL的比例增加，摩尔质量保持不变。使用扫描电子显微镜（SEM）对所制备的纳米纤维膜进行了表征，发现其形貌与PAN/KL的比例有关。随着KL含量的增加，纳米纤维的直径减小。生产无缺陷且纤维直径较小的纳米纤维所需的PAN/KL共混物中的最大KL含量为50wt％，因此该材料有望成为碳材料的前驱体。对于KLg，在共混物中添加70％和80wt％的KLg，可得到带珠子的纳米垫。纳米材料的热性能与KL含量及其摩尔质量有直接关系。此外，上述研究结果为KL和PAN/KL纳米纤维的应用提供了一种新的途径。

图1.KLp，KLg（a）和PAN（b）的GPC曲线。

图2.纯化的（KLp）和乙二醛化的（KLg）的1H NMR光谱，乙二醛/KLp的比例和反应时间不同。（a）非乙二醛化的KLp，（b）KLg 2:1 24h，（c）KLg 2:14 8h，和（d）KLg 3.8:1 24h。

图3.KL单元与乙二醛之间的反应示意图。

图4.乙二醛化前后KLp的FT-IR光谱,乙二醛/KLp的比例和反应时间不同。（a）非乙二醛化的KLp，（b）KLg 2:12 4h，（c）KLg 2:14 8h，和（d）KLg 3.8:1 24h。

图5.以13kV的电压，7.5µL/min的流速，10cm的工作距离和不同弯曲比制备的PAN/KL共混纳米纤维的扫描电子显微镜形态：（a）100/0，（b）90/10，（c）80/20，（d）70/30，（e）60/40和（f）50/50wt％。

图6.平均纤维直径和溶液粘度与不同PAN/KL（在DMF中占15wt％）比例的函数关系。

图7.当流速为7.5μL/min、PAN/KL（在DMF中占15wt％）比例不同时，平均纤维直径与所施加电压的函数关系。

图8.以7.5µL/min的流速，10cm的工作距离和不同的施加电压生产的两种40/60wt％PAN/KLp共混纳米纤维的扫描电子显微镜形态和直径分布：（a）13kV和（b）15kV。

图9.以7.5µL/min的流速，10cm的工作距离和不同的电压生产的30/70wt％和20/80wt％PAN/KLg共混纳米垫的扫描电子显微镜形态和直径分布：c）13kV和（b，d）15kV。

图10.以7.5µL/min的流速，5cm的工作距离和不同的电压生产的0/100wt％PAN/KLg电纺纳米纤维垫的扫描电子显微镜图像：（a）13kV，（b）15kV和（c）17kV。

图11.具有不同木质素比率的电纺PAN/KL的TGA曲线：（a）100/0、90/10、80/20、70/30、60/40和50/50wt％和（b）PAN/KLp为40/60wt％，PAN/KLg为30/70％wt％，PAN/KL为0/100wt％。