聚多糖納米晶的物理及化學改性材料.pdf

1、聚多糖納米晶包括纖維素納米晶、淀粉納米晶等，以其來源的豐富性、造價的可控制性、可再生性、優(yōu)異的力學性能、納米尺度的形態(tài)及長徑比的多樣性等優(yōu)點，而被廣泛應用于制備各種物理及化學改性材料。特別是相對無機納米粒子改性復合材料，聚多糖納米晶改性高聚物復合材料具有無毒、生物相容性好、生物可降解、質量輕、最終產物可燃燒無殘留及性價比高等特點。但是迄今為止，天然的聚多糖納米晶僅對親水性基質具有較好的增強效果，這主要是由于聚多糖納米晶表面具有大量親水性

2、的羥基，只能較容易的分散于親水性基質中并且與基質有較好的界面相互作用。限制了聚多糖納米晶的應用范圍。為了進一步豐富聚多糖納米晶改性材料的種類及其加工工藝，拓展聚多糖納米晶應用范圍，基于促進納米晶與基質的相容性及提高納米晶在有機溶劑中的溶解性及分散性的聚多糖納米晶表面的物理及化學改性已成為世界范圍內研究的熱點。因此本論文本著生物質資源高值化應用的目標，開展一系列聚多糖納米晶物理及化學改性材料的研究，以豐富聚多糖納米晶改性材料的種類及其理論

3、和加工方法。一方面對纖維素納米晶進行化學修飾，制備出了表面強疏水性的納米改性材料，可以用于制備綜合性能優(yōu)良的疏水性基質納米復合材料或作為進一步衍生材料的原料；另一面以天然淀粉納米晶為原料復合改性熱固性環(huán)氧樹脂，制備了力學性能優(yōu)良的納米復合材料，同時研究了其結構與性能的關系。
　　 本論文的創(chuàng)新之處在于：1)首次采用生物質蓖麻油為改性劑基于“graftonto”的策略對纖維素納米晶進行表面化學修飾，制備了表面強疏水性的改性納米材料

4、，具有制備綜合性能優(yōu)良疏水性高聚物基復合材料的潛力，該材料同時還可作為其它一些新衍生物的制備原料。2)首次以淀粉納米晶為填料改性環(huán)氧樹脂，并對其復合工藝進行探索和優(yōu)化，制得了力學性能優(yōu)良的淀粉納米晶改性環(huán)氧樹脂納米復合材料，其力學性能在填料含量很低時相對純的環(huán)氧樹脂材料既有明顯提高。
　　 本論文主要的研究內容如下：
　　 (1)采用“graft onto”的策略成功的將疏水性生物質蓖麻油接枝到了纖維素納米晶上，賦予了纖

5、維素納米晶表面較強的疏水性，其表面能的極性成分從21.47mJ/m2降到了幾乎為零，同時其結晶結構和較大的長徑比被保留了下來，這對纖維增強復合材料綜合性能的提高及聚合物基質種類的拓展起到了很大的推動作用。
　　 (2)通過熔融共混及輔助超聲分散的方法制備了淀粉納米晶改性熱固性環(huán)氧樹脂復合材料，采用微機控制萬能試驗機研究了該改性材料力學性能與淀粉納米晶含量的關系，同時通過X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜儀

6、(FTIR)及吸水性能試驗研究淀粉納米晶在基質中的存在狀態(tài)、分布狀況、填料與基質的相互作用機理及阻水等性質。經試驗發(fā)現(xiàn)在淀粉納米晶含量在1.0w％時斷裂彎曲應變增加約30％，在填料含量為1.5wt％時彎曲強度增加約7％；并且該工藝能使淀粉納米晶均勻的分散于基質當中，并不完全破壞填料的原始結晶結構；同時該改性方法對復合材料阻水性能有一定積極作用。
　　 這些研究成果拓展了聚多糖納米晶物理及化學改性材料的種類及制備工藝，探索了聚多糖