植物纤维在离子液体中的溶解、改性及气凝胶制备的研究

摘要

本文以香蕉纤维、剑麻纤维为原料，离子液体[Amim]Cl、[Bmim]Cl为溶剂，研究了香蕉纤维、剑麻纤维在这两种离子液体中的溶解行为；以香蕉纤维素、剑麻纤维素为原料，乙酸酐为酯化剂，[Amim]Cl、[Bmim]Cl为反应介质，研究了香蕉纤维素、剑麻纤维素在这两种离子液体中的均相改性；结合冷冻真空干燥，利用香蕉纤维素/[Amim]Cl溶液制备香蕉纤维素气凝胶及复合阻燃剂香蕉纤维素气凝胶；通过疏水改性，制备具有疏水性能的香蕉纤维素气凝胶。得出以下主要结论：
　　1．离子液体可以作为香蕉、剑麻纤维的直接溶剂，香蕉、剑麻纤维溶解在[Amim]Cl、[Bmim]Cl的过程中，随着溶解温度的增加，溶解时间会随之减小。香蕉纤维的溶解温度要低于剑麻纤维的溶解温度，并且两种纤维在[Amim]Cl中的溶解温度要低于在[Bmim]Cl中的溶解温度。通过香蕉、剑麻纤维素聚合度的测定，随着溶解温度的增加其纤维素聚合度先增大，后减小；随着溶解时间的增大，其纤维素聚合度随之减小。最优条件：香蕉纤维分别在[Amim]Cl和[Bmim]Cl中的溶解温度、溶解时间为80℃、65min和100℃、163min；剑麻纤维分别在[Amim]Cl和[Bmim]Cl中的溶解温度、溶解时间为120℃、72min和140℃、265min。
　　2．离子液体[Amim]Cl或[Bmim]Cl为反应介质，乙酸酐为酯化剂、对香蕉纤维素和剑麻纤维素进行均相改性。结果表明香蕉纤维素在[Amim]Cl和[Bmim]Cl中反应的最优条件分别为乙酸酐/AGU为5:1、80℃、4h，取代度为0.507；乙酸酐/AGU为5:1、100℃、3h，取代度为0.455。剑麻纤维素在[Amim]Cl和[Bmim]Cl中反应的最优条件分别为乙酸酐/AGU为5:1、90℃、2h，取代度为0.742；乙酸酐/AGU为5:1、80℃、4h，取代度为0.868。
　　3．香蕉纤维素/[Amim]Cl溶液结合冷冻真空干燥的方法制备香蕉纤维素气凝胶以及复合纤维素气凝胶。结果表明香蕉纤维素气凝胶具有很小的密度为0.034～0.207g/cm3；吸水倍数能达到7～14倍，吸油倍数能达到7～12倍；其微观结构为网络结构，在纤维素浓度5％时，其内部网络结构最好，具有孔大小均一，连续，致密性。香蕉纤维素∕阻燃剂（氢氧化镁、氢氧化铝、聚磷酸铵）复合气凝胶，提高了纤维素气凝胶的热稳定性，纤维素∕Mg(OH)2复合气凝胶材料的热稳定性要好于其他两种复合材料，故选用氢氧化镁较其他两种阻燃剂比较合适一些。
　　4．通过三甲基氯硅烷、乙酸酐对气凝胶进行疏水改性，制备具有疏水性能的香蕉纤维素气凝胶。结果表明通过三甲基氯硅烷与乙醇混合溶液或乙酸酐进行改性得到的香蕉纤维素气凝胶的接触角能达到91.99°～125.99°。具有疏水性能的香蕉纤维素气凝胶的吸油倍数为7～11倍，仍然具有很好的热稳定性能。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 植物纤维在离子液体中的溶解

1.3 纤维素在离子液体中的改性

1.4 纤维素气凝胶在离子液体中的制备

1.5 本论文研究的意义和内容

第二章 香蕉纤维和剑麻纤维在[Amim]Cl、[Bmim]Cl中的溶解与再生

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4本章小结

第三章 香蕉纤维素和剑麻纤维素在[Amim]Cl、[Bmim]Cl中的均相改性

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 以香蕉纤维素/[Amim]Cl溶液制备纤维素气凝胶

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 香蕉纤维素气凝胶的疏水改性

5.1 引言

5.2实验部分

5.3 结果与讨论

5.4本章小结

第六章 总结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢