DOI: 10.1007/s10924-020-02029-7

木质素是一种廉价的可再生天然聚合物，可用作生产碳纤维的前体，其转化速度明显快于聚丙烯腈。木质素可以通过溶解在各种溶剂中进行分馏，以降低其多分散性。具有较高分子量分布的馏分可用于溶剂型纺丝技术，如静电纺丝。研究人员根据Hansen溶解度理论选择了几种溶剂体系，并对它们进行了溶解度和可静电纺丝性能测试。由于具有大批量生产的潜力，经测试，选定的溶剂体系可成功用于无针静电纺丝工艺。静电纺丝需要使用高浓度的木质素溶液，这将会导致较高的粘度。因此，研究者测定了选定溶液的弛豫时间和粘度，该因素在生产光滑纤维方面起着举足轻重的作用。最后，使用交流电对这些溶液进行了静电纺丝试验。该技术具有生产效率高、使用方便等优点，为木质素纤维的大规模生产提供了新的可能性。这种材料可用于许多应用，例如电池、超级电容器或复合材料的生产。总体而言，本研究提供了一种廉价的可再生天然聚合物来源，可以很容易地将其转化为碳纳米纤维层。

图1.木质素和所用溶剂的相关位置Teas图。图中的数字代表每种溶剂。那些可以用于静电纺丝的溶剂以红色显示，那些用于电喷雾的溶剂则以蓝色显示。其余的溶剂都不适合用于任何一种技术。半径为R0的木质素位置以绿色显示

图2.针式静电纺丝装置，其中（1）表示线性注射泵；（2）注入聚合物溶液的注射器；（3）带电针；（4）接地的旋转收集器；（5）直流电机；（6）高压电源

图3.不同浓度的木质素溶解在DMF/MeOH（8:2）中的颜色变化

图4.不同形态木质素纤维溶解在选定的溶剂体系中并通过针式静电纺丝进行纺丝

图5.测定木质素溶液弛豫时间的装置

图6.直流无针静电纺丝装置的原理图：（1）为带电电极；（2）为带相反电荷的对电极；（3）为装有溶液和覆盖线的筒体；（4）为一卷收集纤维的纺粘材料

图7.将不同浓度的木质素溶解在DMF中，随后对其进行直流无针静电纺丝的SEM图像

图8.（a）交流静电纺丝设备，其中（1）表示交流高压电源，（2）是装有木质素溶液的瓶子，（3）是专门设计的纺丝电极，（b）通过交流静电纺丝制备的纤维的SEM照片以及形态分析