纖維素氣凝膠功能材料的制備.pdf

1、氣凝膠是一種新型的具備多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有孔隙率高、比表面積大和密度輕等優(yōu)點(diǎn)。纖維素氣凝膠擁有許多優(yōu)異的特點(diǎn)，如生物可再生性、生物相容性和生物可降解性等。纖維素的分子結(jié)構(gòu)中存在大量的活潑羥基，易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如磺化、酯化、醚化、交聯(lián)。經(jīng)改性后的纖維素氣凝膠在催化、分離、藥物傳輸和組織工程等眾多方面都有廣泛研究。
　　本文首先以纖維素微纖(CF)為原料，通過冷凍干燥法制得纖維素微纖(CF)氣凝膠。由于純CF氣凝膠的機(jī)械性能較低

2、，為了增加CF氣凝膠的強(qiáng)度，用乙烯基三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑(VTMO)對(duì)CF進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，經(jīng)冷凍干燥制備出硅烷改性的纖維素氣凝膠（SA），使用掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、機(jī)械性能測(cè)試等對(duì)氣凝膠的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，此方法制得的 SA氣凝膠，密度為12.3 mg/cm3，孔隙率為99.4％，水滴與氣凝膠表面的接觸角達(dá)160°，其疏水效果顯著。應(yīng)力應(yīng)變曲線表明改性后的纖維素氣凝膠有較強(qiáng)的機(jī)械性能，可以達(dá)

3、到62 KPa壓縮，回彈性可以恢復(fù)到52.9%，其比表面積可以達(dá)到11.3 cm2/g。而且其熱穩(wěn)定性比純CF氣凝膠的初始分解溫度提高了23℃。
　　由于纖維素在增強(qiáng)聚合物性能上有著廣泛的應(yīng)用，前人已采用許多的方法如原位聚合法、共混法等制備出纖維素/聚合物復(fù)合材料。本文采用一種新型的方法，以纖維素氣凝膠為模板來制備纖維素微纖/聚合物復(fù)合材料。由于纖維素微纖之間有許多的羥基存在，其強(qiáng)極性會(huì)造成其在有機(jī)基質(zhì)中的不可逆團(tuán)聚，因此在兩者直

4、接混合之前有必要對(duì) CF進(jìn)行表面疏水改性。本文在制備纖維素/聚合物復(fù)合材料之前，首先制備出硅烷改性的SA氣凝膠。為了使SA均勻分散到聚合物基體中，分別通過以下兩種途徑制出不同的聚合物/纖維素氣凝膠復(fù)合材料。第一種，以氣凝膠為基體，用三種單體（甲基丙烯酸單體MMA，苯乙烯 St，丙烯酸正丁酯 BA）在其中與乙烯基進(jìn)行原位聚合，得到聚苯乙烯/纖維素氣凝膠復(fù)合材料。其復(fù)合材料形成的孔徑分布均勻，聚合物在氣凝膠孔徑周圍規(guī)則分布，并且其熱穩(wěn)定性高

5、，它的分解溫度達(dá)到至少400℃才會(huì)分解。第二種，以氣凝膠為模板，直接與聚合物 PMMA配成的溶液共混，然后熱壓法制備 PMMA/纖維素氣凝膠復(fù)合材料。此途徑制備的復(fù)合材料膜表面平滑，從膜的截面可見看到聚合物分布在纖維素微纖周圍，且復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性得到很大的改善。研究表明，隨著硅烷改性的SA氣凝膠含量的增加硅烷化纖維素微纖/PMMA復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度先上升后下降，當(dāng) SA氣凝膠含量為8%時(shí)，該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大為31.8 Mpa

6、。
　　本文還采用巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)將不同的功能基團(tuán)（氨基、羧基）引入到SA氣凝膠中，制備出羧基化（SA-MPA）和氨基化(SA-Cys)的纖維素氣凝膠。并采用掃描電子顯微鏡、紅外光譜儀等對(duì)氣凝膠進(jìn)行測(cè)試與表征，探究羧基化（SA-MPA）和氨基化(SA-Cys)的纖維素氣凝膠對(duì)不同結(jié)構(gòu)與類型的染料的吸附，實(shí)驗(yàn)表明，改性氣凝膠對(duì)染料具有良好的吸附能力。同時(shí)，SA-MPA氣凝膠具有水下疏油親水的特性，它的這種特性可以實(shí)現(xiàn)油水混合物和油水