结构可控纤维素功能材料的制备和性能研究

论文摘要

作为一种产量最丰富的天然无限可再生材料,纤维素对人类具有重要意义。虽然纤维素在许多方面具有独特的性能和用途,但由于纤维素的分子链存在分子内和分子间的氢键作用,并且具有晶区和非晶区共存的复杂结构,很难溶解于普通的有机或无机溶剂中,限制了纤维素的基础研究和工业应用。本文利用现在兴起的纤维素绿色溶剂-离子液体溶解纤维素得到的体系进行研究,得到各种结构可控的纤维素功能材料。纤维素接枝共聚是纤维素研究的一个很活跃的领域。接枝共聚物既具有纤维素主链的优良特性,又具有合成聚合物支链所赋予的新性能,所以用接枝共聚的手段对纤维素及其衍生物进行化学修饰是倍受关注的课题。本论文在纤维素/离子液体溶液均相体系中进行纤维素衍生化,得到取代度可调节的纤维素大分子引发剂,该方法具有反应条件温合、不需要催化剂等特点。纤维素大分子引发剂溶解后,在均相条件下应用原子转移自由基聚合（ATRP）的方法引发甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）聚合制得纤维素接枝共聚物。用红外、核磁、热重分析等对反应产物进行了表征,表明成功制得了预定结构产物。对纤维素接枝共聚物在水中的溶液性质进行测试,激光光散射实验表明,在溶液中共聚物是以聚集体形态存在的。同时激光光散射和紫外透光率实验也清楚表明接枝共聚物具有良好的温度敏感性,原子力显微镜及透射电镜实验显示产物以球形状态在水相中存在。微/纳米纤维素材料具有许多优良性能,通过向纤维素的离子液体溶液中添加不同比例N,N-二甲基甲酰胺（DMF）助溶剂,利用高压静电纺丝方法成功制得纤维素纳米纤维及纳米粒子。通过添加助溶剂降低溶液粘度的同时降低了体系中不挥发的离子液体相对含量,从而使纺丝过程能够顺利进行。将磁性四氧化三铁及荧光物质咔唑乙酸与纤维素/离子液体/DMF溶液研磨共混,利用高压静电喷雾手段成功得到尺寸均一、具有良好磁性及荧光性能的纤维素复合粒子,可望应用于磁性分离、荧光标记等领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 纤维素背景知识
• 1.1.1 纤维素及其结构
• 1.1.2 纤维素的溶解
• 1.2 纤维素的接枝共聚
• 1.2.1 纤维素的化学反应
• 1.2.2 无规自由基聚合方法用于纤维素接枝
• 1.2.3 活性/可控聚合方法应用于纤维素多相接枝
• 1.3 纤维素的高压静电纺丝
• 1.3.1 高压静电纺丝技术简介
• 1.3.2 高压静电纺丝技术应用于纤维素微/纳米材料的制备
• 1.4 论文工作的提出及主要研究内容
• 第2章 实验药品、仪器及分析方法
• 2.1 实验试剂和仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 主要试剂的提纯
• 2.1.3 实验仪器及测试方法
• 2.2 离子液体的合成及表征
• 2.3 纤维素的分子量测定
• 第3章 纤维素接枝聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的均相ATRP制备及其水相聚集态研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 纤维素接枝聚合物的合成
• 3.2.1 Cellulose-Br 的合成
• 3.2.2 Cellulose-g-PDMAEMA 的合成
• 3.3 纤维素接枝聚合物的表征
• 3.3.1 Cellulose-Br 的表征
• 3.3.2 Cellulose-g-PDMAEMA 的表征
• 3.3.3 接枝共聚物 Cellulose-g-PDMAEMA 在水中聚集状态的表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 高压静电纺丝方法制备形貌可控纤维素功能材料
• 4.1 研究背景
• 4.2 纤维素纳米粒子/纳米纤维的高压静电纺丝制备
• 4.2.1 纺丝溶液的配制
• 4.2.2 纤维素纳米粒子/纳米纤维的制备
• 4.3. 纤维素纳米粒子/纳米纤维的表征
• 4.3.1 纤维素纳米粒子/纳米纤维的扫描电镜表征
• 4.3.2 纤维素纳米粒子/纳米纤维的X 射线衍射表征
• 4.3.3 纤维素纳米粒子/纳米纤维的热重分析表征
• 4.4 磁性荧光纤维素复合粒子的制备
• 4.4.1 四氧化三铁磁性纳米粒子的合成
• 4.4.2 磁性纤维素复合粒子的制备及表征
• 4.4.3 磁性荧光纤维素复合粒子的制备及表征
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果