纤维素纳米晶的提取、改性及其相关应用

摘要

从不同来源的生物质材料中提取制备的纤维素纳米晶的物理和化学性质会有一定的差异。本文采用浓H2SO4水解短棉绒和被囊动物海鞘制备出两种不同性质的纤维素纳米晶，然后对制备的纤维素纳米晶进行以下修饰：（1）物理修饰：多巴胺和单宁酸在碱性条件下自聚合分别形成聚多巴胺涂层和单宁酸涂层物理包覆到纤维素纳米晶表面；（2）化学修饰：采用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系和NaIO4将纤维素纳米晶表面的羟基分别氧化成羧基和醛基；表面化学接枝聚酰亚胺；表面化学接枝十八胺；采用一些列表征方式如傅里叶红外光谱（FTIR）、紫外吸收光谱（UV）、X射线光电子能谱（XPS）及透射电子显微镜（TEM）等对得到的产物进行了测试。最后将不同修饰方式得到的产物应用到以下几个体系： （1）聚多巴胺物理包覆的纤维素纳米晶增强聚乙烯醇（PVA）基质：该纳米填料不仅能够提高复合材料的力学性能（当添加量为6wt%时，拉伸强度达到最大，提高了75.8%，模量随添加量的增加不断升高，当加入量为15wt%时，提高了221%）和材料的热稳定性（热降解温度提高了50℃），同时赋予材料紫外遮蔽效应和抗氧化性能；除此之外，观察到PVA基复合材料的氧气渗透率（OP）和水蒸汽渗透率（WVP）随着6wt%和15wt%纳米粒子的加入而降低。 （2）聚多巴胺物理包覆的纤维素纳米晶化学接枝聚酰亚胺（PEI）增强环氧树脂（EP）基质：提高复合材料的力学性能（当填料的含量为0.75wt%，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大，各增大了41.7%和75%。复合材料的模量在添加为1wt%时达到最大，增加了10%）和耐磨损性能（复合材料的摩擦系数在纳米粒子添加量为0.75wt%时取得最小值0.68，摩擦系数降低了26.5%，同时复合材料的磨损率出现最小值，复合材料的磨损率降低了37.5%）。 （3）基于海鞘纤维素纳米晶的导电可降解膜的制备：聚多巴胺包覆的氧化石墨烯作为导电物质加入至羧基化的海鞘纤维素纳米晶的基质中，采用流延成膜的方式制备复合材料。当含量为0.5wt%时，模量和拉伸强度两者均达到最大值，分别增加了85.7%和78.9%。当填料含量增加至1wt%时，体积电阻率大约从为109Ω.m降低为105Ω.m。

目录

声明

第1章 绪论

1.1纤维素纳米晶的简介

1.1.1纤维素纳米晶的结构及性质

1.1.2纤维素纳米晶的表面修饰

1.2纤维素纳米晶用于包装材料

1.3纤维素或纤维素纳米晶基导电材料

1.4课题设计和研究意义

第2章 纤维素纳米晶的提取

2.1前言

2.2实验原料及设备

2.3 采用酸水解提取纤维素纳米晶

2.3.1实验部分

2.3.2表征方法

2.3.3结果与讨论

2.4本章小结

第3章 纤维素纳米晶的表面改性或修饰

3.1 前言

3.2实验原料及设备

3.3纤维素纳米晶表面羟基发生氧化反应

3.3.1实验部分

3.3.2表征方法

3.3.3结果与讨论

3.4聚多巴胺或单宁酸物理包覆纤维素纳米晶

3.4.1实验部分

3.4.2表征方法

3.4.3结果与讨论

3.5纤维素纳米晶表面化学修饰

3.5.1实验部分

3.5.2表征方法

3.5.3结果与讨论

3.6本章小结

第4章 修饰之后的纤维素纳米晶用于制备复合材料

4.1前言

4.2实验原料及设备

4.3化学接枝了PEI的纤维素纳米晶用于增强环氧树脂

4.3.1实验部分

4.3.2表征方法

4.3.3结果与讨论

4.4聚多巴胺包覆的纤维素纳米晶用于改性PVA

4.4.1实验部分

4.4.2表征方法

4.4.3结果与讨论

4.5本章小结

第5章 基于纤维素纳米晶导电可降解膜的制备

5.1前言

5.2实验原料和设备

5.3聚多巴胺包覆氧化石墨烯及羧基化动物纤维素纳米晶的制备

5.3.1实验部分

5.3.2表征方式

5.3.3结果与讨论

5.4 复合材料的制备

5.4.1实验部分

5.4.2表征方式

5.4.3结果与讨论

5.5本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录