Currently, three precursor material

Currently, three precursor materials are used for commercial production of carbon fibers: polyacrylonitrile (PAN), pitch and rayon [1]. Of these, PAN is used almost exclusively to produce high strength carbon fibers. The process involves generation of certain toxic by-products such as hydrogen cyanide (HCN). This environmental problem can potentially be overcome by the use of naturally occurring biomass, including lignin. Unfortunately, most current grades of lignin are intractable, so its chemical modification is needed for further processing.

Otani et al. [2] described the use of an alkali-modified solution of lignin to produce carbon fibers. Later studies have focused on producing carbon fibers derived from modified-lignins by melt spinning of steam-exploded lignin [3], organosolv lignin [4] and hardwood kraft lignin [5] and [6]. In a recent study [7], fractionated softwood kraft lignin in combination with hardwood kraft lignin was found to be capable of continuous melt spinning and fast stabilization. But the as-spun lignin fibers were thick (aprox. 100 μm) with carbonized fibers being about 50 μm in diameter, and no tensile properties were reported for those fibers. For high strength purposes, however, other literature studies have established that much smaller carbon fiber diameters (typically less than 10 μm) are desired [8]. For chemically modified kraft lignin, other studies have reported its blending with synthetic resins to increase the bio-derived component of matrices [9], or to reduce its Tg to enable melt blending [10]. However, carbon fibers produced from prior lignin-based studies in the literature have exhibited relatively low tensile properties, with published strengths of 660 MPa or lower [3], [4], [5] and [6]. A value of 1.07 GPa was attributed in a review article [11] to a DOE presentation, but the presentation, 1 does not explicitly report and discuss lignin-based carbon fibers. The low strength may be attributed to the fact that melt-spun precursor fibers are inherently difficult to stabilize by thermo-oxidative means, and often partially fuse together during the stabilization-carbonization processes that result in surface defects on the resulting carbon fibers. Solution-based dry-spinning of a high softening-point lignin grade may reduce surface fusion of fibers during heat treatment, but such dry-spinning of suitably modified softwood kraft lignin precursor has not been reported in prior literature studies. Therefore, the objective of this study was to modify a softwood kraft lignin by limited acetylation to convert it into carbon fibers via dry-spinning of the precursor fibers.

As-received softwood kraft lignin (SKL, Indulin, Mead-Westvaco) was washed with acidified DI water until ash content was 0.14% as measured by ASTM D5630 technique. SKL showed no softening behavior during the entire heating procedure even when the temperature reached 300 °C. Acetylation at 85 ± 2 °C for 2 h with excess acetic anhydride (Ac2O) concentration (15 ml Ac2O/g SKL) resulted in a thermally fusible material. However, these melt-spun lignin fibers could not be adequately stabilized due to the presence of thermally stable acetyl groups that would not crosslink, even when the thermo-oxidation heating rate was as low as 0.01 °C/min. Consequently, SKL was reacted with a significantly lower anhydride concentration (0.66 ml Ac2O/g SKL) for only 0.25 h to produce acetylated SKL (Ace-SKL).

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ปัจจุบันสามวัสดุสารตั้งต้นที่ใช้สำหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ของเส้นใยคาร์บอน polyacrylonitrile (PAN), สนามและเรยอน [1] ของเหล่านี้ถูกนำมาใช้ PAN เกือบเฉพาะในการผลิตเส้นใยคาร์บอนมีความแข็งแรงสูง กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสร้างบางอย่างที่เป็นพิษโดยผลิตภัณฑ์เช่นไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) ปัญหานี้อาจเกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อมสามารถเอาชนะโดยการใช้ชีวมวลธรรมชาติที่เกิดขึ้นรวมทั้งลิกนิน แต่น่าเสียดายที่เกรดล่าสุดของลิกนินมีความยากดังนั้นการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของมันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการประมวลผลต่อไป. Otani et al, [2] อธิบายการใช้วิธีการแก้ปัญหาด่างแก้ไขของลิกนินในการผลิตเส้นใยคาร์บอน การศึกษาต่อมาได้มุ่งเน้นในการผลิตเส้นใยคาร์บอนที่ได้มาจาก lignins-แก้ไขโดยการปั่นละลายของลิกนินไอระเบิด [3], organosolv ลิกนิน [4] และไม้เนื้อแข็งลิกนินคราฟท์ [5] และ [6] ในการศึกษาล่าสุด [7], fractionated ไม้เนื้ออ่อนลิกนินคราฟท์ร่วมกับลิกนินคราฟท์ไม้เนื้อแข็งที่ถูกพบว่าเป็นความสามารถในการปั่นละลายอย่างต่อเนื่องและมีเสถียรภาพอย่างรวดเร็ว แต่ในขณะที่ปั่นเส้นใยลิกนินหนา (aprox. 100 ไมครอน) ด้วยเส้นใยคาร์บอนเป็นประมาณ 50 ไมครอนในเส้นผ่าศูนย์กลางและไม่มีคุณสมบัติทนแรงดึงได้รับรายงานเส้นใยเหล่านั้น เพื่อประโยชน์ในการมีความแข็งแรงสูง แต่การศึกษาวรรณกรรมอื่น ๆ ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ยอมรับว่าคาร์บอนไฟเบอร์ขนาดเล็กมาก (โดยทั่วไปน้อยกว่า 10 ไมครอน) เป็นที่ต้องการ [8] สำหรับการดัดแปรทางเคมีลิกนินคราฟท์, การศึกษาอื่น ๆ มีรายงานว่ามีการผสมกับเรซินสังเคราะห์เพื่อเพิ่มองค์ประกอบชีวภาพที่ได้จากการฝึกอบรมของ [9] หรือเพื่อลด Tg ที่จะช่วยให้ละลายผสม [10] แต่เส้นใยคาร์บอนที่ผลิตจากการศึกษาลิกนินที่ใช้ก่อนในวรรณคดีได้แสดงคุณสมบัติค่อนข้างแรงดึงต่ำที่มีการตีพิมพ์ในจุดแข็งของ 660 MPa หรือต่ำกว่า [3] [4] [5] และ [6] ค่า 1.07 GPa ถูกนำมาประกอบในบทความรีวิว [11] เพื่อนำเสนอ DOE แต่นำเสนอ 1 ไม่ชัดเจนรายงานและหารือเกี่ยวกับลิกนินที่ใช้เส้นใยคาร์บอน ความแข็งแรงต่ำอาจนำมาประกอบกับความจริงที่ว่าละลายปั่นเส้นใยสารตั้งต้นเป็นเรื่องยากที่จะรักษาเสถียรภาพโดยเนื้อแท้โดยวิธีเทอร์โมออกซิเดชันและมักจะฟิวส์บางส่วนร่วมกันในระหว่างกระบวนการรักษาเสถียรภาพ-ถ่านที่ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องบนพื้นผิวเส้นใยคาร์บอนที่เกิด โซลูชั่นที่ใช้ปั่นแห้งของเกรดลิกนินอ่อนจุดสูงอาจลดฟิวชั่นพื้นผิวของเส้นใยในระหว่างการรักษาความร้อน แต่เช่นการปั่นแห้งของการแก้ไขที่เหมาะสมไม้เนื้ออ่อนสารตั้งต้นลิกนินคราฟท์ยังไม่ได้รับรายงานในการศึกษาวรรณคดีก่อน ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้คือการปรับเปลี่ยนลิกนินคราฟท์ไม้เนื้ออ่อนโดย acetylation จำกัด ในการแปลงเป็นเส้นใยคาร์บอนผ่านการปั่นแห้งของเส้นใยผู้นำ. ในฐานะที่ได้รับไม้เนื้ออ่อนลิกนินคราฟท์ (SKL, Indulin มธุรส-Westvaco) ถูกล้างด้วย น้ำ DI กรดจนกว่าปริมาณเถ้าเป็น 0.14% โดยวัดจากมาตรฐาน ASTM D5630 เทคนิค SKL พบว่าไม่มีพฤติกรรมอ่อนในระหว่างขั้นตอนการให้ความร้อนทั้งหมดแม้กระทั่งเมื่ออุณหภูมิถึง 300 องศาเซลเซียส acetylation ที่ 85 ± 2 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 2 ชั่วโมงกับส่วนเกินแอนไฮไดอะซิติก (Ac2O) ความเข้มข้น (15 มล. Ac2O / g SKL) ส่งผลให้วัสดุหลอมความร้อน แต่เหล่านี้ละลายปั่นเส้นใยลิกนินไม่สามารถมีความเสถียรเพียงพอเพราะการปรากฏตัวของกลุ่ม acetyl เสถียรภาพความร้อนที่จะไม่ Crosslink แม้ในขณะที่อัตราความร้อนเทอร์โมออกซิเดชันเป็นที่ต่ำเป็น 0.01 ° C / นาที ดังนั้น SKL ได้รับการตอบสนองด้วยความเข้มข้นของสารประกอบที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (0.66 มล. Ac2O / g SKL) เพียง 0.25 ชั่วโมงเพื่อผลิต acetylated SKL (เอ SKL)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ขณะนี้สามนำวัสดุที่ใช้สำหรับการผลิตเส้นใยคาร์บอนประเภทพอลิอะไครโลไนตรีล ( แพน ) , สนามไหม [ 1 ] ของเหล่านี้ , กระทะที่ใช้เกือบเฉพาะเพื่อผลิตคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูง กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับรุ่นของผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษบางอย่างเช่นไฮโดรเจนไซยาไนด์ ( กรดไฮโดรไซยานิก )ปัญหาสิ่งแวดล้อมนี้อาจแก้ไขได้โดยการใช้ชีวมวลเกิดขึ้นตามธรรมชาติ ได้แก่ ลิกนิน แต่น่าเสียดายที่คะแนนมากที่สุดในปัจจุบันของลิกนินจะหาทางออกไม่เจอ ดังนั้นการดัดแปลงทางเคมีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการประมวลผลต่อไป

โอทานิ et al . [ 2 ] ที่อธิบายการใช้ด่างสารละลายลิกนินดัดแปลงเพื่อผลิตเส้นใยคาร์บอนการศึกษาต่อมาได้มุ่งเน้นการผลิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่ได้จากการปั่นของลิกนินโดยละลายไอน้ำระเบิดน้ำ [ 3 ] [ 4 ] organosolv ลิกนินและลิกนินคราฟท์ไม้ [ 5 ] [ 6 ] ในการศึกษาล่าสุด [ 7 ] , พบลิกนินในการรวมกันด้วยไม้เนื้อแข็ง ไม้เนื้ออ่อนคราฟท์คราฟท์ลิกนิน พบว่าสามารถละลายปั่นต่อเนื่องและรวดเร็วเสถียรภาพ .แต่เท่าที่ปั่นน้ำเส้นใยหนา ( aprox . 100 μ m ) กับเส้นใยคาร์บอนอยู่ประมาณ 50 μเมตรในเส้นผ่าศูนย์กลางและไม่มีสมบัติแรงดึง โดยรายงานเส้นใยเหล่านั้น มีความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตาม การศึกษาวรรณคดีอื่น ๆมีการจัดตั้งที่ขนาดเล็กมากคาร์บอนไฟเบอร์เส้นผ่าศูนย์กลาง ( มักจะน้อยกว่า 10 μ M ) ที่ต้องการ [ 8 ] การดัดแปลงทางเคมีของลิกนินคราฟท์ ,การศึกษาอื่น ๆได้รายงานการผสมกับเรซิ่นสังเคราะห์เพิ่มไบโอได้องค์ประกอบของเมทริกซ์ [ 9 ] , หรือลดของการบินไทยเพื่อให้ละลายผสม [ 10 ] อย่างไรก็ตาม คาร์บอนไฟเบอร์ที่ผลิตได้จากลิกนินศึกษาก่อนใช้ในวรรณคดี มีการจัดแสดงสมบัติความต้านทานแรงดึงต่ำ กับเผยแพร่จุดแข็งของ 660 MPA หรือล่าง [ 3 ] , [ 4 ] , [ 5 ] [ 6 ] ค่าของ 107 GPA ประกอบในบทความปริทัศน์ [ 11 ] ไปโด การนำเสนอ แต่การนำเสนอ 1 ไม่ได้อย่างชัดเจนรายงานและหารือลิกนินใช้เส้นใยคาร์บอน แรงน้อยอาจจะเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าปั่นเส้นใยละลายสารตั้งต้นเป็นอย่างโดยเนื้อแท้ยากที่จะทรงตัว โดยเทอร์โมิหมายถึงและมักจะนำฟิวส์กันในระหว่างการปรับปรุงกระบวนการที่เป็นผลในการเกิดข้อบกพร่องบนพื้นผิวเส้นใยคาร์บอน ใช้วิธีปั่นแห้งของจุดอ่อนสูงลิกนินเกรดอาจลดพื้นผิวของเส้นใยในการรักษาความร้อน แต่เช่นบริการปั่นสามารถแก้ไขคราฟท์ไม้เนื้ออ่อนลิกนิน สารตั้งต้นไม่ได้ถูกรายงานในการศึกษาวรรณกรรมก่อนดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือ เพื่อปรับเปลี่ยนลิกนินคราฟท์ไม้เนื้ออ่อน โดยจำกัดทิเลชันแปลงเป็นเส้นใยคาร์บอนผ่านบริการปั่น precursor ใย

ที่ได้รับเป็นไม้เนื้ออ่อนคราฟท์ลิกนิน ( skl indulin , ทุ่งหญ้า , westvaco ) คือการล้างด้วยน้ำ DI ปรับจนเถ้าเป็น 0.14 % ซึ่งวัดโดยเทคนิค d5630 ASTM .ไม่พบ skl อาศัยพฤติกรรมในระหว่างกระบวนการทั้งหมด แม้แต่ความร้อนเมื่ออุณหภูมิถึง 300 องศา การกันที่ 85 ± 2 ° C 2 H ด้วย สารอเซติก แอนไฮไดรด์ส่วนเกิน ( ac2o ) สมาธิ ( ac2o / g skl 15 ml ) ส่งผลให้วัสดุซึ่งหลอมได้ . อย่างไรก็ตามเหล่านี้ละลายน้ำปั่นเส้นใยไม่เพียงพอมีความเสถียรเนื่องจากการแสดงของแชเสถียรอะกลุ่มที่จะไม่ Crosslink แม้ว่าปฏิกิริยาความร้อนเทอร์โมซึ่งเป็นต่ำเป็น 0.01 ° C / นาที ดังนั้น skl คือปฏิกิริยาที่มีความเข้มข้นไฮไดรด์ลดลง ( ac2o / g skl 0.66 มิลลิลิตร ) เพียง 0.25 H ผลิตยาว skl ( เอซ skl )