基于納米纖維素的超分子復(fù)合材料與雜化材料的研究.pdf

1、納米纖維素作為一種天然高分子，表面多羥基的性質(zhì)使其具有形成強(qiáng)氫鍵作用的特性，能夠與基于氫鍵作用的超分子體系形成較好的親和作用，產(chǎn)生相互疊加及協(xié)同作用，從而提高復(fù)合材料的反應(yīng)活性，賦予復(fù)合材料更多的特性?；诩{米纖維素多羥基的性質(zhì)，利用具有多重氫鍵作用或主客體作用的超分子對其進(jìn)行化學(xué)修飾，在分子水平上對纖維素納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向設(shè)計(jì)與剪裁，引入各種活性基團(tuán)，通過這些基團(tuán)可以實(shí)現(xiàn)新型纖維素基功能材料的設(shè)計(jì)，創(chuàng)制出基于納米纖維素的先進(jìn)超分子智能材

2、料。本論文針對納米纖維素制備過程中提取分離復(fù)雜、得率低、對環(huán)境不友好等問題，采用機(jī)械力化學(xué)輔助固體酸催化水解的方法制備了納米纖維素，實(shí)現(xiàn)了納米纖維素制備的綠色、高效及高得率化。在此基礎(chǔ)上，利用納米纖維素表面多羥基的性質(zhì)對其進(jìn)行定向修飾，在納米纖維素中引入具有特殊結(jié)構(gòu)的超分子，基于多重氫鍵作用或主客體作用構(gòu)筑纖維基智能水凝膠及膜材料，并對其形成機(jī)制進(jìn)行探索。論文的主要研究成果如下：
　　1、在機(jī)械力化學(xué)輔助作用下，采用磷鎢酸催化水解

3、制備了納米纖維素，該方法綠色環(huán)保、操作簡單、納米纖維素得率高。研究結(jié)果表明機(jī)械力化學(xué)作用能夠顯著增加纖維素的反應(yīng)活性，加速水解反應(yīng)的速率，制備的納米纖維素得率達(dá)到了88.4％，結(jié)晶度達(dá)到79.6%，長度200-300 nm，直徑25-50 nm。
　　2、將納米纖維素用于糯米灰漿的制備，構(gòu)筑了納米纖維素/糯米灰漿雜化材料。研究表明納米纖維素的加入顯著提高了雜化材料的表面硬度、抗壓強(qiáng)度、耐凍融性能，其對于生物礦化過程具有調(diào)控作用，調(diào)

4、控形成的碳酸鈣晶體的尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)，從而使得雜化材料中各組分之間的結(jié)合力增強(qiáng)，這是雜化材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能的根本原因。
　　3、將納米纖維素進(jìn)行化學(xué)修飾，在其表面引入U(xiǎn)Py基團(tuán)，并將其與PVA結(jié)合構(gòu)筑了具有較強(qiáng)力學(xué)性能的超分子復(fù)合膜。對超分子復(fù)合膜的形貌、熱性能及力學(xué)性能測試結(jié)果表明，CNC-UPy在PVA基質(zhì)中均勻分散，并未產(chǎn)生自團(tuán)聚現(xiàn)象，CNC-UPy與PVA之間形成了多重氫鍵結(jié)合，導(dǎo)致兩者之間的界面相容性顯著增強(qiáng)，從而使

5、得超分子復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性及拉伸強(qiáng)度顯著提高。
　　4、采用硫氰酸鉀/乙二胺體系溶解纖維素，均相條件下，通過纖維素分子鏈上的羥基與明膠分子中的氨基及酰胺基形成的氫鍵結(jié)合作用，構(gòu)筑了具有pH響應(yīng)性的纖維素基復(fù)合水凝膠。采用FESEM、XRD、NMR等分析表明，纖維素和明膠之間形成了較強(qiáng)的分子間氫鍵作用，復(fù)合水凝膠具有顯著的pH敏感性。
　　5、堿性條件下溶解纖維素的同時均相接枝β-環(huán)糊精，利用環(huán)糊精獨(dú)特的兩親性結(jié)構(gòu)包結(jié)聚丙二醇，