双网络纤维素凝胶的合成及性能开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

纤维素来源于广阔的自然界,是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、精细化工等领域。每年地球上生长的植物纤维素都可达数亿吨,远远超过现有的石油总储量,但是绝大多数的植物纤维素没有被充分利用,有很大的一部分腐烂掉或作为燃料烧掉。随着石油资源的日益枯竭以及环境污染问题的日趋严峻,纤维素所具有的来源广泛、环保、可再生、可降解等优势和良好的生物相容性及力学性能。

近年来,由于全世界对新能源和环保材料的开发研究,纤维素作为一种天然高分子材料倍受瞩目。纤维素具有无污染、来源广泛、生物相容性好、物理化学性质稳定等特点,将它功能化或改性后可以用于纺织品、高吸水性材料、吸油剂、重金属吸附剂、催化剂载体和生物医用材料等领域。纤维素凝胶是一种重要的纤维素材料,包括纤维素水凝胶、纤维素醇凝胶、纤维素有机溶剂凝胶和纤维素气凝胶,可作为化妆品的增稠剂、药物缓释剂等。纤维素凝胶作为一种高分子化合物凝胶,但关于其力学性能的研究报道相对很少。纤维素由于其具有生物降解性、生物相容性、安全无毒等特点,已成为制备水凝胶的良好材料。用于制备水凝胶的纤维素衍生物主要有甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、羟丙基纤维素(HPC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)等。纤维素衍生物制备水凝胶的方法按照不同的条件有很多种分类方法,按照水凝胶形成过程的机理可分为化学引发聚合、物理引发聚合和非化学键法。

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2. 国内外研究现状分析

Isobe等采用2,2,6,6一四甲基哌啶.1.氧基自由基(TEMPO)氧化体系对制备的纤维素水凝胶进行氧化,通过控制次氯酸钠的加入量制备不同氧化程度的水凝胶,并进行了TEMPO氧化纤维素水凝胶作为一种高通量和可循环利用的重金属离子吸附剂的研究,结果显示:该水凝胶对铜离子的吸附量可达268.2ms/g。Melone等采用TEMPO/KBr/NaclO选择性氧化体系氧化脱脂棉获得纳米纤维素,再通过与钛、硅的复合,制备出光催化、降解性能优异的陶瓷气凝胶。刘志明等以再生竹纤维为原料,制备出再生竹纤维球形水凝胶,该水凝胶球具有较大的比表面积,为其在吸附、催化领域的广泛应用奠定了基础。此外,纤维素水/气凝胶球不仅使得材料本身具有可填充性,且有利于封装、存储。肖惠宁等以微晶纤维素为原料制备出纤维素基导电水凝胶;陈莉等以羟丙基纤维素为原料成功制得纤维素基水凝胶,并对其药物控释行为进行研究。

目前,国内研究纤维素水凝胶的团队很多,武汉大学张俐娜教授领导的天然高分子团队在这方面做了许多工作,制备出了许多基于纤维素水凝胶的特殊功能材料,如磁性吸附材料、光电材料、人造器官等;国外在这方面研究也比较多,主要研究利用纤维素水凝胶制备人体器官的替代物。然而纤维素水凝胶仍然存在一些不足,如响应时间过长、力学性能较差、敏感性不强等,有待于进一步努力。因此,围绕纤维素水凝胶存在的不足,出现的研究热点有:(1)制备快速响应性纤维素水凝胶;(2)制备多重响应性纤维素水凝胶;(3)制备良好力学性能的纤维素水凝胶。随着近几年出现的新的合成方法,如ATRP、点击化学等在纤维素水凝胶方面的应用,将有助于制备新型的纤维素水凝胶。

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3. 研究的基本内容与计划

1. 称量9.87gZnCl2, 0.3gCaCl2, 3.63gH2O倒入烧杯中,搅拌至完全溶解,再加入0.2g棉短绒,75oC下搅拌至棉短绒完全溶解。

2. 称量一定量的聚丙烯酸或聚丙烯酰胺倒入2.5g水中,搅拌溶解后加入到纤维素溶液中,75oC下搅拌均匀,然后90oC下超声至没有气泡。

3. 对双网络纤维素复合凝胶进行表征,研究不同用量的聚丙烯酸或聚丙烯酰胺对纤维素凝胶的增强作用。

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4. 研究创新点

双网络水凝胶增强机理的研究为制备力学性能优异的水凝胶提供了广阔的思路,也为水凝胶在各个领域的应用提供了理论基础。

目前,双网络水凝胶的研究体系仍比较单一,因此双网络水凝胶体系的种类有待进一步拓展。

可降解的天然高分子在生物材料研究中占有重要地位,由于其结构和性能的多样性,可用于制备具有各种功能的双网络水凝胶。

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