海鞘纤维素溶致胆甾型液晶及海鞘纤维素复合材料的制备

摘要

近年来，人们更加倾向于使用非石油制品的高分子材料。纤维素可以从动植物中提取获得，是一种用之不竭的可持续发展材料。海鞘是目前已知的唯一一类可以合成纤维素的海洋动物，海鞘纤维素(tunicatecellulose，TC)为高结晶度Iβ型纤维素，为食品和包装膜材料以及生物降解材料等领域提供了一种新的选择。
　　本论文中，从海鞘被囊中提取纤维素，并采用硫酸水解的方法分别制备TC和棉花纤维素(cottoncellulose，CC)的纳米纤维素(cellulosenanocrystals，CNs)及其溶致胆甾型液晶(chiralnematicliquidcrystals，N*-LCs)，然后采用800W大功率超声波对其N*-LCs进行处理，研究超声波对螺距的影响。利用傅立叶变换红外光谱仪(Fouriertransforminfraredspectrometer,FT-IR)、X射线衍射仪(X-raydiffractometer，XRD)、偏光显微镜(polarizingopticalmicroscope，POM)、扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，SEM)、透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope，TEM)、紫外-可见-近红外光谱仪(ultraviolet-visible-nearinfraredreflectancespectrometer,UV-Vis-NIR)和电导率仪对得到的样品进行了表征。研究结果表明，提取得到TC主要为Iβ晶型;海鞘纳米纤维素(tunicatecellulosenanocrystals，T-CNs)的宽度为20-30nm，长度为0.5-4μm;不同浓度下T-CNs出现不同的织构，浓度为4wt％时，可以观察到指纹织构，其螺距为15μm;将T-CNs悬浮液自然干燥后可得到透明的具有选择性反射近红外光的薄膜，它对近红外光的选择性发射率达到45％;大功率超声波处理后可以得到高分散性的T-CNs悬浮液，而且会使T-CNs的尺寸减小，N*-LCs的指纹织构由多畴(poly-domain)变为单畴(mono-domain)，螺距变大;将两种CNs悬浮液按一定比例混合，发现混合液的螺距随混合比例不同而改变。
　　本论文中，采用大功率超声波对棉花纳米纤维素(cottoncellulosenanocrystals，C-CNs)悬浮液进行处理，后对其性能结果进行了表征。研究结果显示，随着超声波能量的增大，C-CNs悬浮液的N*-LCs螺距也随之变大;将C-CNs悬浮液自然干燥后可得到彩色的薄膜，随着超声波能量的增大，这些膜的颜色从蓝紫色变为红色;大功率超声波处理并未改变C-CNs的尺寸和晶型，但是会使C-CNs悬浮液的电导率增大。
　　聚苯胺(polyaniline，PANI)和聚吡咯(polypyrrole，PPy)都具有非常优异的导电性，但是不易加工。本论文中首次以T-CNs为基体，以过硫酸铵为氧化剂，采用原位聚合的方法分别成功地制备了PANI/T-CNs和PPy/T-CNs复合材料，并通过POM、FT-IR、SEM、TEM和四探针法对该复合材料的组成、形貌结构和电导率进行了表征。SEM和TEM观察分析结果表明，复合材料中PANI和PPy粒子均匀地包覆在T-CNs的表面，而且PANI和PPy的粒径为10-100nm，其尺寸随着苯胺和吡咯用量增加而增加。复合材料非常柔软，具有良好的机械强度，其电导率为10-4～10-1S/cm，将在传感器、轻质储能系统等领域有广阔应用。

目录

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 纤维素种类与结构

1．1．1 纤维素的种类

1．1．2 纤维素的结构

1．2 纳米纤维素

1．2．1 CNs的研究历史

1．2．2 CNs的制备方法

1．2．3 N*-LCs

1．2．4 CNs用于纳米复合材料

1．3 海鞘纤维素研究进展

1．4 课题研究的目的及意义

1．5 主要研究内容

1．5．1 海鞘纤维素N*-LCs的制备

1．5．2 超声波处理对棉花纤维素N*-LCs的影响

1．5．3 PANI／T-CNs复合材料的制备

1．5．4 PPy／T-CNs复合材料的制备

第二章 海鞘纤维素溶致胆甾型液晶的制备

2．1 实验部分

2．1．1 原料和主要仪器

2．1．2 实验步骤

2．1．3 表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 提取物成分分析

2．2．2 T-CNs及其N*-LCs

2．2．3 超声波处理对T-CNs的N*-LCs的影响

2．2．4 T-CNs和C-CNs混台对N*-LCs的影响

2．3 本章小结

第三章 超声波处理对棉花纤维素胆甾型液晶的影响

3．1 实验部分

3．1．1 原料和主要仪器

3．1．2 实验步骤

3．1．3 表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 POM

3．2．2 SEM

3．2．3 UV-Vis分析

3．2．4 XRD

3．2．5 电导率的测定

3．2．6 超声机理讨论

3．3 本章小结

第四章 PANI／T-CNs复合材料的制备

4．1 实验部分

4．1．1 原料和主要仪器

4．1．2 实验步骤

4．1．3 表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 POM

4．2．2 FT-IR

4．2．3 SEM

4．2．4 TEM

4．2．5 电导率

4．3 本章小结

第五章 PPy／T-CNs复合材料的制备

5．1 实验部分

5．1．1 原料和主要仪器

5．1．2 实验步骤

5．1．3 表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 POM

5．2．2 FT-IR

5．2．3 SEM

5．2．4 TEM

5．2．5 电导率

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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