納米微晶纖維素：光學(xué)性質(zhì)、熱行為和表面改性研究.pdf

1、本論文工作主要分為以下三方面：一是利用混合酸在超聲波處理下制備得到了一種新型的球形納米微晶纖維素，并對(duì)其酸水解形成機(jī)理和懸浮液的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。二是詳細(xì)研究了棒狀和球形納米微晶纖維素的熱降解行為，探討了不同粒徑、不同顆粒形態(tài)、表面硫酸氫根含量和金屬鹽對(duì)納米微晶纖維素?zé)峤到庑袨榈挠绊懸?guī)律。三是利用接枝共聚的方法對(duì)納米微晶纖維素進(jìn)行了表面改性研究以改善納米微晶纖維素在有機(jī)溶劑或鹽溶液中的分散穩(wěn)定性。主要結(jié)果有： 首先在超聲波作用

2、下用混合酸水解制備得到了一種新型的球形納米微晶纖維素，而以前利用酸水解纖維素原料制備得到的都是棒狀納米微晶纖維素。這種球形納米微晶纖維素具有很高的多分散性，約為49％。通過(guò)對(duì)球形納米微晶纖維素水解過(guò)程的研究，提出了不同于棒狀納米微晶纖維素的形成機(jī)理：在混合酸和超聲波共同作用下，微晶纖維素先水解為不規(guī)則的亞微米級(jí)纖維素碎塊，接著在纖維素碎塊的邊緣逐漸形成球形納米微晶纖維素。隨著水解時(shí)間的增加，纖維素碎塊逐漸減少，球形納米微晶纖維素逐漸增多

3、。直至最后都形成規(guī)則的球形納米微晶纖維素顆粒。 利用偏光顯微鏡對(duì)不同濃度的球形納米微晶纖維素懸浮液進(jìn)行了觀察，當(dāng)懸浮液濃度超過(guò)3.9％時(shí)，球形納米微晶纖維素開(kāi)始形成液晶相，這是首次在球形納米顆粒懸浮液中觀察到液晶相的形成。球形納米微晶纖維素懸浮液液晶相的形成原因可能是由于球形納米微晶纖維素表面電荷分布引起球形顆粒的表觀體積改變而導(dǎo)致的。 采用了兩種不同的方法處理表面含有硫酸氫根的棒狀納米微晶纖維素以提高其熱穩(wěn)定性：高溫加

4、熱反復(fù)洗滌以減少硫酸氫根的含量或加入NaOH溶液中和其表面的硫酸氫根。研究表明這兩種方法都可以有效提高棒狀納米微晶纖維素的熱穩(wěn)定性。相對(duì)于高溫加熱反復(fù)洗滌的方法，NaOH中和納米微晶纖維素表面的硫酸氫根的方法不僅可以顯著地提高棒狀納米微晶纖維素的熱穩(wěn)定性，而且簡(jiǎn)單易行。并且相對(duì)于鹽酸制備得到的表面不含有任何酸根的棒狀納米微晶纖維素，NaOH中和后的棒狀納米微晶纖維素具有更高的熱穩(wěn)定性，因此該方法在棒狀納米微晶纖維素增強(qiáng)制備復(fù)合納米材料中

5、具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。 詳細(xì)研究了表面含有不同硫酸氫根含量的棒狀微晶纖維素的熱降解行為，并與球形納米微晶纖維素的熱降解行為進(jìn)行了對(duì)比。研究表明所有納米微晶纖維素都具有與普通纖維素不同的獨(dú)特?zé)峤到庑袨椋杭丛谥饕呀鈪^(qū)間之后，還包含有一個(gè)高溫失重速率平臺(tái)和第二裂解區(qū)間。由此推斷其熱降解機(jī)理為：降解過(guò)程中，納米微晶纖維素首先降解轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g產(chǎn)物I，隨著溫度的升高，中間產(chǎn)物I再降解生成中間產(chǎn)物II，最后是中間產(chǎn)物II進(jìn)一步降解生成揮發(fā)性

6、組分和焦炭。通過(guò)對(duì)不同粒徑的纖維素?zé)峤到庑袨榈难芯?，推斷出只有?dāng)纖維素顆粒尺寸小于100 nm時(shí)，其熱降解行為才會(huì)發(fā)生顯著變化，即存在明顯的第二裂解區(qū)間。詳細(xì)研究了硫酸氫根和不同種類(lèi)的金屬鹽對(duì)納米微晶纖維素降解產(chǎn)物焦炭產(chǎn)率的影響。結(jié)果顯示硫酸氫根或不同種類(lèi)金屬鹽的存在雖然會(huì)導(dǎo)致納米微晶纖維素?zé)峤到馔緩降母淖兒椭虚g產(chǎn)物含量的變化，但是所有納米纖維素降解得到的最終焦炭產(chǎn)量基本不變，為3-4％。結(jié)果表明由于納米微晶纖維素的顆粒粒徑極小，所以在

7、熱降解過(guò)程中，最終的焦炭產(chǎn)率只是由納米微晶纖維素的本身顆粒特性所決定。表面硫酸根或金屬鹽的存在，只是導(dǎo)致了納米微晶纖維素?zé)峤到膺^(guò)程的降解途徑發(fā)生變化，但對(duì)最終焦炭的產(chǎn)率基本沒(méi)有影響。 利用疏水性的乙烯基單體(包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和苯乙烯)接枝共聚反應(yīng)對(duì)納米微晶纖維素進(jìn)行了表面疏水性改性研究。結(jié)果表明改性后的納米微晶纖維素不僅疏水性有了明顯提高，耐水性也有所增加，使得納米微晶纖維素在有機(jī)溶劑(如THF、DMF和甲苯)中的分散