基于納米纖維素的超分子復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，從而提高復合材料的反應活性，賦予復合材料更多的特性。基于納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行化學修飾，在分子水平上對纖維素納米結構進行定向設計與剪裁，引入各種活性基團，通過這些基團可以實現(xiàn)新型纖維素基功能材料的設計，創(chuàng)制出基于納米纖維素的先進超分子智能材

2、料。本論文針對納米纖維素制備過程中提取分離復雜、得率低、對環(huán)境不友好等問題，采用機械力化學輔助固體酸催化水解的方法制備了納米纖維素，實現(xiàn)了納米纖維素制備的綠色、高效及高得率化。在此基礎上，利用納米纖維素表面多羥基的性質(zhì)對其進行定向修飾，在納米纖維素中引入具有特殊結構的超分子，基于多重氫鍵作用或主客體作用構筑纖維基智能水凝膠及膜材料，并對其形成機制進行探索。論文的主要研究成果如下：
　　1、在機械力化學輔助作用下，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。研究結果表明機械力化學作用能夠顯著增加纖維素的反應活性，加速水解反應的速率，制備的納米纖維素得率達到了88.4％，結晶度達到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、形貌和結構，從而使得雜化材料中各組分之間的結合力增強，這是雜化材料具有優(yōu)異的機械性能的根本原因。
　　3、將納米纖維素進行化學修飾，在其表面引入UPy基團，并將其與PVA結合構筑了具有較強力學性能的超分子復合膜。對超分子復合膜的形貌、熱性能及力學性能測試結果表明，CNC-UPy在PVA基質(zhì)中均勻分散，并未產(chǎn)生自團聚現(xiàn)象，CNC-UPy與PVA之間形成了多重氫鍵結合，導致兩者之間的界面相容性顯著增強，從而使

5、得超分子復合膜的熱穩(wěn)定性及拉伸強度顯著提高。
　　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合作用，構筑了具有pH響應性的纖維素基復合水凝膠。采用FESEM、XRD、NMR等分析表明，纖維素和明膠之間形成了較強的分子間氫鍵作用，復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)糊精獨特的兩親性結構包結聚丙二醇，