纤维素气凝胶功能材料的制备

发布时间：2017-12-09 21:15

  本文关键词：纤维素气凝胶功能材料的制备

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【摘要】：气凝胶是一种新型的具备多孔网络结构的物质,具有孔隙率高、比表面积大和密度轻等优点。纤维素气凝胶拥有许多优异的特点,如生物可再生性、生物相容性和生物可降解性等。纤维素的分子结构中存在大量的活泼羟基,易于发生化学反应,如磺化、酯化、醚化、交联。经改性后的纤维素气凝胶在催化、分离、药物传输和组织工程等众多方面都有广泛研究。本文首先以纤维素微纤(CF)为原料,通过冷冻干燥法制得纤维素微纤(CF)气凝胶。由于纯CF气凝胶的机械性能较低,为了增加CF气凝胶的强度,用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂(VTMO)对CF进行化学交联,经冷冻干燥制备出硅烷改性的纤维素气凝胶(SA),使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、机械性能测试等对气凝胶的结构与性能进行分析。结果显示,此方法制得的SA气凝胶,密度为12.3 mg/cm3,孔隙率为99.4%,水滴与气凝胶表面的接触角达160°,其疏水效果显著。应力应变曲线表明改性后的纤维素气凝胶有较强的机械性能,可以达到62 KPa压缩,回弹性可以恢复到52.9%,其比表面积可以达到11.3 cm2/g。而且其热稳定性比纯CF气凝胶的初始分解温度提高了23℃。由于纤维素在增强聚合物性能上有着广泛的应用,前人已采用许多的方法如原位聚合法、共混法等制备出纤维素/聚合物复合材料。本文采用一种新型的方法,以纤维素气凝胶为模板来制备纤维素微纤/聚合物复合材料。由于纤维素微纤之间有许多的羟基存在,其强极性会造成其在有机基质中的不可逆团聚,因此在两者直接混合之前有必要对cf进行表面疏水改性。本文在制备纤维素/聚合物复合材料之前,首先制备出硅烷改性的sa气凝胶。为了使sa均匀分散到聚合物基体中,分别通过以下两种途径制出不同的聚合物/纤维素气凝胶复合材料。第一种,以气凝胶为基体,用三种单体(甲基丙烯酸单体mma,苯乙烯st,丙烯酸正丁酯ba)在其中与乙烯基进行原位聚合,得到聚苯乙烯/纤维素气凝胶复合材料。其复合材料形成的孔径分布均匀,聚合物在气凝胶孔径周围规则分布,并且其热稳定性高,它的分解温度达到至少400℃才会分解。第二种,以气凝胶为模板,直接与聚合物pmma配成的溶液共混,然后热压法制备pmma/纤维素气凝胶复合材料。此途径制备的复合材料膜表面平滑,从膜的截面可见看到聚合物分布在纤维素微纤周围,且复合材料的热稳定性得到很大的改善。研究表明,随着硅烷改性的sa气凝胶含量的增加硅烷化纤维素微纤/pmma复合材料的机械强度先上升后下降,当sa气凝胶含量为8%时,该复合材料的拉伸强度达到最大为31.8mpa。本文还采用巯基-烯点击反应将不同的功能基团(氨基、羧基)引入到sa气凝胶中,制备出羧基化(sa-mpa)和氨基化(sa-cys)的纤维素气凝胶。并采用扫描电子显微镜、红外光谱仪等对气凝胶进行测试与表征,探究羧基化(SA-MPA)和氨基化(SA-Cys)的纤维素气凝胶对不同结构与类型的染料的吸附,实验表明,改性气凝胶对染料具有良好的吸附能力。同时,SA-MPA气凝胶具有水下疏油亲水的特性,它的这种特性可以实现油水混合物和油水乳液的分离。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ427.26

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本文编号：1271880