1. 研究目的与意义
木质纤维素是由纤维素、木质素、半纤维素三者构成的有机整体。纤维素是植物细胞壁的主要成分，是自然界中分布最广的多糖，其在医药、生物、造纸等领域有着广泛的应用，而纳米纤维素其具有比表面积大，高分散性，生物相容性好、拉伸强度高、透明度高等优点，成为近年研究的重点。半纤维素是植物细胞壁的第二多糖成分，通常应用于制备食品增稠剂、稳定剂、造纸助剂等。人为分离三素时，木质素通常直接被废弃，相对而言，木质素并没有得到高效的利用。本研究致力于人为地将三素组合起来，组装成一种可调控的、多尺寸的复合薄膜，从而提高木质素的利用率，人为地构造出类lcc键，表征复合材料的性能，并探索其应用。
纤维素是一种天然高分子化合物，已经成为人类社会不可或缺的重要资源。纳米纤维素作为一种新型的生物质纳米材料，其独特的性能已经成为纳米材料领域研究的热点。单一的制备方法存在一定局限，采用多种方法相结合来制备纳米纤维素是目前制备纳米纤维素的主要研究方向。其独特的性能以及易于与各种功能材料进行复合的特征，使其在纳米复合材料领域具有良好的应用前景，特别在柔性电子功能复合材料领域将具有很大的潜力。尽管如此，纳米纤维素与其他物质之间的复合方式、分散均匀性、微观形貌控制、相容性、两相相互作用机制等理论研究还不成熟，如何最大限度发挥纳米纤维素的优势，使其复合材料应用到更多领域是今后需要解决的课题。
木素中不仅含有酚羟基，还含有反应活性较高的醇羟基，并存在于苯核或丙基侧链，可用木素取代部分聚合二元醇来合成聚氨酯材料。木素的侧链短，基旁侧的大基团有阻碍作用，故而需加长侧链及增多羟基，而用环氧丙烷进行烷基化反应。合成均一官能团的木质素衍生物将有助于制备木素基工程材料，将酚基转化成脂肪族羟基，可以使大分子木素作为聚氨酯泡沫的多元醇组分，羟丙基化被证明是较好的改性反应。
2. 国内外研究现状分析
本课题实验研究的主要实验材料有纳米纤维素、碱木素、木聚糖。首先先简单介绍一下这几种实验材料。
1、纳米纤维素
纤维素是植物细胞壁的主要成分，也是自然界中分布最多的多糖，纳米纤维素是直径在1-100 nm，长度为几十到几百纳米的刚性棒状纤维素[1]，近几年来纳米材料与纳米技术的发展掀起了新材料研究领域的一股热潮，目前生物纳米纤维材料技术已经成为世界各国重点项目及先端技术的研究热点。纳米纤维素具备高结晶度、高杨氏模量，高比表面积等特性，作为生物材料，其又具备轻质、生物相容性、无毒性和生物降解性等特性，不同于常规材料，可被广泛应用于各种高机能材料，如轻质高强材料，可曲折性液晶材料、超导材料以及保健用品以及药物载体等领域[2]。零维或一维纳米材料与三维纳米材料复合而制得的传统纤维，也可以称为纳米复合纤维或广义的纳米纤维[3]。
3. 研究的基本内容与计划
以hbkp为原料，通过tempo氧化法制备纤维素纳米纤维分散液；对针叶材木质素（马尾松）进行纯化，得到碱木素，再与纳米纤维素和木聚糖共混，调控三素比例，通过溶剂蒸发法制备三素物理复合薄膜。将纳米纤维素/碱木素/木聚糖共混，添加交联剂kh550和环氧氯丙烷，调控交联剂的用量，通过溶剂蒸发法制备三素化学复合薄膜。利用红外光谱，热重分析仪，万能拉伸试验机、接触角测定仪对制备的物理复合薄膜和化学复合薄膜进行表征和对比，筛选出三素复合的最优配比，并研究其增强机理。
2015.3.01-2015.3.15 完成相关文献检索与阅读，纤维素纳米纤维的制备，学习纤维素纳米纤tempo氧化的制备方法；
2015.3.16-2015.5.15 完成半纤维素和碱木素添加后的复合薄膜的制备及相关拉力测试，热力学和结构性能的表征。
4. 研究创新点
1、纳米纤维素胶体的流变性和高分散性能。其小尺寸效应，带给其大的比表面积，由于其表面大量暴露出的羟基，产生较强的亲水性能，其胶体具有较独特的流变性和较高的分散性能。张力平等，利用纤维素微纳晶体的优点提高聚砜超滤膜的使用性能，对开发生物可降解天然环保材料和纤维素材料功能性应用具有重要意义。
2、由半纤维素制备的热塑性薄膜材料，具备优异的可降解性和隔氧性能，被公认为在食品包装、包覆材料领域有良好的应用前景，可望替代目前广泛应用的、由传统石油产品制备的不可降解塑料包装材料。通过膜材料领域的经典改性方法，如化学改性、或与成膜性好的高分子进行物理共混、或物理与化学法结合的方式，可以调整半纤维素基薄膜材料的聚集状态、亲疏水性、力学性能等，最终改善薄膜性能、拓宽其应用领域。
3、复合薄膜是由两层或多层不同材料的薄膜复合而成的高分子材料，主要用于包装。复合薄膜材料由于具有传统复合材料和薄膜材料两者的优点，正成为复合材料的重要分支而越来越引起广泛的重视和深入的研究。它可以把各层薄膜材料的优异性能结合起来，从而克服各自的弱点，达到特定的应用目的。
