纤维素气凝胶多孔材料的制备及改性应用

发布时间：2017-12-04 17:39

  本文关键词：纤维素气凝胶多孔材料的制备及改性应用

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【摘要】：纤维素是自然现有含量最高的可再生性资源,全球每年从植物光合作用,能够制造十亿吨的纤维素,是具有可降解性的高分子化合材料,它在使用合成中有优良性能,过期还能通过微生物作用在短时间内,分解成低分子的化合物。在当今世界石油,煤炭等资源日益紧缺、化工原料污染,反应较复杂的情境下,用纤维素作为原料代换传统的化工原料来生产,具有非常重要的长远意义。近年来,具有高通透性纳米孔三维网络结构、极高孔隙率、极低密度和高比表面积等结构特征的纤维素气凝胶类材料在光电、传感器、生物医药等领域已经表现出显著的功能。本论文以纤维素的溶胶-凝胶过程为基础,选择不同的纤维素溶解体系,制备出原生态的纤维素气凝胶多孔材料并在其基础上进行相应的改性和应用,主要内容如下：选择NaOH/尿素/水溶剂体系形成纤维素气凝胶材料(Cellulose aerogel porous material,简称CAPM),通过SEM, FT-IR, XRD, BET等检测手段证明形成了具有三维网络结构,孔容在0.77-0.62 cm3/g之间,平均孔径分布在9.9-8.8 nm之内,比表面积达到345-320 m3/g,纤维素凝胶的最佳浓度范围为4%-8%,平均密度为0.09914 g/cm3的纤维素气凝胶材料。同时对该气凝胶的力学性能,隔热性能,声学性能,调湿性能,热行为进行分析,结果表明纤维素气凝胶优异的隔热性能和声学性能可以在军事、医疗等领域发挥作用。本研究也找出气凝胶材料的性能缺点,确认在今后的研究中可以把提高力学性能和阻燃性能作为结构优化的方向。以往文献报道的纤维素-PANI材料选择的都是在传统的非酸体系溶解纤维素或者是非均相体系下进行制备,本文选择磷酸/多聚磷酸酸性溶剂制备液晶体系下的纤维素-PANI导电复合材料,分别以H3PO4和HCl为掺杂剂溶解苯胺形成苯胺盐离子,对制备的复合材料分别进行偏光显微镜、旋转流变仪、SEM、XRD、FT-IR和电导率表征。测试结果表明磷酸/多聚磷酸体系下溶液呈现出由双折射引起的彩虹颜色,证实形成了纤维素液晶溶液；在本溶剂体系下H3PO4较HCI是更好的掺杂剂；并且经H3PO4掺杂的纤维素-PANI具有较高的电导率,且苯胺与纤维素比例为2：1时导电率最佳。利用纤维素通过环氧化固载β-CD,对茉莉精油进行了包载,制备了具有缓释作用的功能材料,扩展了纤维素的应用。选择NaOH/尿素/水溶剂体系溶解纤维素,在这种低温碱性环境下,纤维素与交联剂ECH交联,活化之后,在纤维素纤维上固载β-CD,所制备的纤维素/β-CD具有较好的包结性能,在实验中纤维素溶液中β-CD用量设置多组比较,测定不同浓度β-CD所制备的材料的缓释效果,确定β-CD与纤维素的最合适反应质量比为0.8：1。通过FT-IR, SEM, XRD测试,包结性能以及缓释性能的测试,证实本材料确实具有缓释功能,由于茉莉精油的主要成分是芳樟醇,可以应用于对蚊虫具有一定的趋避作用的服装材料中。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O636.11;TQ427.26

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本文编号：1251814