纤维素接枝共聚物的制备及其光致变色功能化的研究

发布时间：2020-11-16 09:34

　　 纤维素是地球上最丰富的生物有机原料,具有来源丰富、生物可降解和环境友好等优点。然而由于分子内和分子间氢键的存在,导致了纤维素不溶于水和常见的有机溶剂,溶解性差的缺点限制了纤维素在诸多领域的应用。因此通过对纤维素进行化学改性,提高其在常规溶剂中的溶解性,并赋予纤维素光致变色的功能来拓展其应用领域已势在必行。基于上述研究思想,本论文的研究内容主要包括以下三方面。首先,利用棉浆纤维素作为原料与2-溴-2-甲基丙酰溴反应来制备大分子引发剂,通过原子转移自由基聚合在纤维素主链上接枝上分子结构不同的柔性链,制备了六种具有不同支链结构的纤维素接枝共聚物。FT-IR、1H NMR和XPS测试结果表明产物已经被成功制备。溶解性的测试表明所制备的产物相比于纯的纤维素具有较好的溶解性,可以在常见的有机溶剂中溶解。TG和DSC曲线表明产物具有良好的热稳定性。其次,通过酯化反应将螺吡喃类光致变色材料以共价键的方式引入到纤维素主链上,再利用原子转移自由基聚合技术制备了四种具有光致变色功能的纤维素接枝共聚物。FT-IR和1H NMR测试结果表明目标产物已经被成功制备。紫外和荧光测试表明所制备的样品具有良好的光致变色功能,在一定波长的紫外光激发下可以实现不同颜色的转变。最后,将上述制备的具有光致变色功能的纤维素接枝共聚物配制成一定质量浓度的铸膜液,利用非溶剂致相分离法(NIPS)制备出具有光致变色功能的纤维素膜。通过显微镜观察所制备纤维素膜的表面形貌。紫外测试表明所得到的纤维素膜在紫外光激发下可实现不同颜色的转变。机械性能分析表明纤维素膜具有一定的力学性能,这为其在不同领域的广泛应用提供了较好的基础。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ317
【部分图文】：

１．２纤维素的改性??１．２．１纤维素改性的概述??从纤维素的结构式（图１－１）可以看出纤维素中含有大量的－ＯＨ官能团，但??是由于受到纤维素堆砌排列结构的影响，纤维素只有部分羟基暴露在外面，其他??的羟基都被包含在纤维素晶层之间和纤维晶层内部。这部分羟基很难参与反应，??对纤维素进行改性，主要是针对表面的羟基来反应的。纤维素由于它的结构问题??使的非常难溶解［１８］。溶解性差以及高化学惰性阻碍了纤维素在诸如生物医学和??化学分析等若干领域中的进一步应用［１￣２１］。事实上，为了克服这些缺点，许多??研究人员己经对纤维素进行了化学改性，主要是对纤维素分子中的羟基的化学改??性，通过酯化［２２］，醚化ｐ３］或接枝共聚［２４］作用改变葡萄糖单元上的羟基与一些活??性基团或官能团分子，从而提高其功能性。??Ｉ?＼??ＯＨ?｜?ＯＨ??ＣＨ２?

致变色化合物，这是一类很经典的光致变色材料。??１．３．３光致变色的原理??光致变色的机理如图１－２所示，具有一种特定的颜色的化合物Ａ，在一定波??长光源的照射下进行特定化的化学反应生成化合物Ｂ，Ａ与Ｂ具有不同的能级结??构，它们能够吸收光的波长不同，Ａ与Ｂ的最大吸收波长具有明显的差异，物??质Ｂ具有另一种颜色，而物质Ｂ在另一波长的光照射下，又可以恢复到原来的??形式Ａ，而且该化合物的结构可随光照不同发生可逆变化，颜色也随之发生可逆??变化。这种由于不同波长光的照射而使物质的结构发生可逆变化，并在宏观上表??现为颜色不同的现象即为光致变色现象［５１］。??ＪＫ＇——＾￣￣－Ｂ??ｈｖ２?ｏｒ?Ａ??图１－２光致变色反应示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??其典型的紫外－可见吸收光谱和光致变色反应原理［５２］可用图１－３来定性描述：??Ａ?Ｂ??“Ｉ?Ｉ??ｍ?ｒｆ??樣??—Ｉ?１?＾??Ｘ２?Ｘ／ｎｍ??图１－３光致变色反应的吸收光谱示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??在图１－３中，化合物Ａ最大吸收波长是ｈ，化合物Ｂ的最大吸收波长为入２。??当使用波长为ｈ的光激发时，化合物Ａ会在结构上发生可逆变化生成化合物Ｂ，??在紫外可见光谱上表现为化合物Ａ的吸收峰的强度减弱

?１飞＝＾?以中?ｍｎｏ２??Ｒ??图１－８含生物大分子的螺吡喃的光致变色反应（其中Ｒ＝聚谷氨酸、聚赖氨酸、香豆素、纤??维素、单糖、蛋白质及半刀都球蛋白）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?Ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐｉｒｏｐｙｒａｎｓ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?（Ｒ?＝??ｐｏｌｙｇｌｕｔａｍｉｃ?ａｃｉｄ，?ｐｏｌｙｌｙｓｉｎｅ，?ｃｏｕｍａｒｉｎ，?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ｍｏｎｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ，?ｐｒｏｔｅｉｎｓ，?ａｎｄ?ｈｅｍｉｇｌｏｂｉｎ）??（４）可变色织物??在一些聚合物中引入光致变色材料，可以制备颜色可变和具有可反复擦写功??能的织物或者纸张。如图１－９所示，山东大学利用无机光致变色材料Ｗ０３，掺杂??到聚合物中，通过静电纺的方法制备了可以重复利用的可变色织物，所制备的光??致变色织物具有响应速度快、循环利用性高、并且环保方便等优点［６１］。光致变??色材料还可以用于制备光化学传感器、变色眼镜和全息摄影材料等众多领域。??ｍｅｍｂｒａｎｅ?＼§德??１）Ａ?Ｉ?２）ＵＶ??ｅｒａｓｅ?Ｘ?ｗｒｉｔｅ??１）Ａ?１）?ｏ
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本文编号：2885958