纤维素基固—固相变材料的制备及性能研究

作     者：李志南 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩娜;王建伟

授予年度：2016年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：纤维素 二乙二醇正十六烷基醚 化学接枝 固-固相变材料 

摘      要：纤维素(cellulose)是世界上储量最丰富的可再生天然聚合物,具有无毒无污染、可生物降解、生物相容性较好和热力学稳定性较好等优点。纤维素的结构特殊,其大分子由D-葡萄糖单元通过β(1,4)-糖苷键连接而成,存在大量的活性羟基,极易形成强烈的分子内和分子间氢键作用,致使其不溶于一般有机溶剂且加热过程中未熔融就已分解,对其衍生化和加工带来一定困难。本文以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)为溶剂,以纤维素为骨架材料,二乙二醇正十六烷基醚(E2C16)为相变材料,甲苯2,4-二异氰酸酯(TDI)为偶联剂,通过化学接枝法制备新型纤维素基固-固相变材料。详细研究了反应温度、反应时间、催化剂用量、投料比以及不同长度的脂肪族酸酐对纤维素基固-固相变材料的结构和性能的影响。实验结果发现：制备预聚物的最佳反应条件为：反应温度25℃、反应时间75 min。对接枝反应的影响因素进行正交实验,发现对取代度(DS)影响的大小顺序为：反应温度催化剂用量反应时间。最佳接枝反应条件为：反应温度90℃、催化剂用量0.1wt.%、反应时间6 h;改变E2C16的投料量,制备了不同取代度的纤维素基固-固相变材料。研究发现,当E2C16/葡萄糖单元(AGU)的投料比逐渐增大时,E2C16的DS呈现出先增大后减小的趋势,当其投料比为4：1时,E2C16的DS达到最大值1.01,此时固-固相变材料的焓值达到最大值,熔融焓和结晶焓分别为33 J/g和30 J/g,熔融峰值温度和结晶峰值温度分别为28.6℃和14.9℃;固定E2C16/AGU的投料比,采用短链脂肪酸酐(乙酸酐、丙酸酐和丁酸酐)对纤维素酯化,随后通过TDI与E2C16进行接枝反应。研究发现,随着酸酐/AGU比例的增加,E2C16的DS同样呈现出先增大后减小的趋势,且共聚物的相变温度和相变焓皆随E2C16取代度的增加呈现出逐渐升高的趋势。随着酸酐长度的增加,E2C16的DS逐渐增大,共聚物的相变温度和相变焓也逐渐增大。当丁酸酐/葡萄糖单元的比例为1.5：1时,E2C16的DS最高为1.02,此时共聚物的的相变焓也达到最大值,熔融焓和结晶焓分别为32 J/g和30 J/g。纤维素基固-固相变材料耐热温度皆在270℃以上。E2C16经接枝后,结晶度有所降低,但晶型没有发生改变,仍为六方晶型。