纳米纤维素表面接枝研究开题报告

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1. 研究目的与意义

1、选题背景及意义

纤维素来源于自然界，因此是人类取之不尽用之不竭的可再生资源，并能广泛应用于纺织、造纸、精细化工等许多领域，具有广阔的前景。每年地球上可获取的植物纤维素都可达到数亿吨，数量远远超过了现有的石油总储量，然而绝大多数的植物纤维素都没有被充分利用，有很大的一部分腐烂掉或作为燃料烧掉，利用率较低。[1]近年来，随着石油资源的日益枯竭以及环境污染问题的日趋严峻，纤维素所具有的广泛来源、环保、可再生、可降解等优势还有良好的生物相容性及力学性能，都使得纤维素资源的研究和应用得到了全世界的普遍重视。

纳米纤维素可以通过化学法、机械法、酶解法等方法制成，其具有高结晶度、高纯度、高强度、高杨氏模量等特性优点，加之其质轻、易降解、可再生，同时具有良好的生物相容性，因此，纳米纤维素在复合材料领域方面呈现出了巨大的应用前景。然而，纳米纤维素分子结构上存在大量的羟基，导致其与疏水性溶剂及聚合物基质相容性差，在一定程度上，它的应用范围受到了限制。因此，在环境保护日益受重视且能源急剧匮乏的今天，纳米纤维素晶须的改性研究具有更加重要的意义。

目前，改善纳米纤维素与疏水性溶剂及聚合物基质的相容性主要有两种方法，加入表面活性剂或者对纳米纤维素表面进行化学改性。表面活性剂是一种既有亲水基团又有疏水基团的活性物质，因此，将表面活性剂加入纳米纤维素中，其活性基团会与纳米纤维素之间化学键合，从而使纳米纤维素呈现为疏水性。然而，此种方法也有一定的缺陷，化学键合所需表面活性剂的用量相对较大，不仅会影响到纳米纤维素的本身性质，还会污染环境。另一种方法是对纳米纤维素表面进行化学改性，在纳米纤维素表面接枝不同物质，在不影响纳米纤维素本身优良特性的前提下降低其亲水性，从而使其能够稳定存在。

2. 国内外研究现状分析

自古以来人们就懂得用棉花织布、用木材造纸。但是直到1838年，法国科学家anselmepayen对大量植物细胞经过详细分析才发现他们都具有一种相同的物质，他通过元素分析法确定了这种物质的分子式为c6h10o5。1939年的法国学术会议上将payen发现的这种物质命名为纤维素(cellulose)[2,7,8]。

1920年，staudinger首次对纤维素进行乙酰化和脱乙酰化反应，并认识到纤维素不是简单地由小的葡萄糖低聚物通过二级键聚合在一起，它是由很多d-吡喃葡萄糖酐（1-5）彼此以β-（1，4）糖苷键连结而成的线性巨分子，其化学式为c6h10o5，化学结构的实验分子式为(c6h10o5)n[8,9]。纤维素的重复单元是纤维二糖，结构式如图2-1所示，纤维素二糖的c1位上保持着半缩醛的形式，有还原性，在位c4上留有一个自由羟基，说明纤维素二糖的葡萄糖酐间为（1-4）苷键连接。纤维素通过在c1-o-c4的β-糖苷键连接而成的线性结构形成纤维素二糖的重复单元，纤维素的这种线性结构一般有1000-1500个糖苷单元。

吡喃葡萄糖为了保持结构稳定,糖环不可能是一个平面,六环糖有八种不同的构象,其中两种为椅式构象,六种为船式构象,椅式构象比船式构象能量低,因而更稳定。所以吡喃葡萄糖可能以c1或1c构象存在,因为c1构象中,各类碳原子上的羟基都是平伏键（e键）,而1c构象中,各碳原子上的羟基都是直立键（α键），所以β-d-葡萄糖环为c1椅式构象。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.通过自由基聚合原理，以k2s2o8为引发剂，在ncw表面接枝丙烯酸单体，制备丙烯酸接枝改性的纳米纤维素晶须。

2.采用单因素实验分析方法，设计五组单因素实验，分别考察各实验因素的变化对反应产物接枝率的影响，从而得到最佳反应条件。

4. 研究创新点

虽然纤维素接枝丙烯酸单体的研究已有报道,但却很少有涉及到纳米纤维素表面接枝丙烯酸类物质的研究。

酸催化降解从而制备的纳米纤维素晶须中,粒子表面带负电荷,而丙烯酸类物质接枝到纳米纤维素晶须表面,使得晶须表面带有的负电荷增大,晶须粒子之间的斥力则增大，因此，体系的稳定性更好。

一般已有的文献会采用丙酮等有机溶剂萃取的方法来提纯接枝产物,然后通过对产物提纯前后质量称重从而来计算接枝率。然而,该方法并不能完全将甲基丙烯酸聚合物从接枝产物中分离出来达到提纯的目的。