离子液体在天然多糖溶解及接枝改性中的应用研究

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1、中山大学硕士学位论文离子液体在天然多糖溶解及接枝改性中的应用研究姓名：张文凯申请学位级别：硕士专业：高分子化学与物理指导教师：李玮20100610中山大学硕七论文离子液体在天然多糖溶解及接枝改性中的应用研究专业：高分子化学与物理硕士生：张文凯指导教师：李玮摘要纤维素(Cellulose)和甲壳素(Chitin)是地球上两种储量丰富的天然可再生多糖资源，其开发与利用对解决人类面临的资源和能源危机有重大意义。但两者差的溶解性能，限制了它们的基础研究和工业应用。近年来，离子液体作为一种高效的绿色溶剂溶解天然多糖取得了重大突破，为天然可再生资源开发、新型功能材料制备提供了可能。本论文

2、围绕离子液体在天然多糖中的应用，主要进行以下方面的工作：(1)微晶纤维素在离子液体中的溶解及流变性能研究探讨了微晶纤维素(MCC)在离子液体1．丁基．3．甲基咪唑氯(BmimCl)中的溶解，采用X．射线衍射对MCC在BmimCl中溶解前后的结晶结构进行了分析。结果表明，BmimCl对MCC有良好的溶解性能，且再生纤维素具有纤维素II的结晶结构。运用ARES．RFS旋转流变仪对不同浓度的MCC／BmimCl体系进行了稳态剪切测试和动态频率扫描测试。在稳态剪切测试中，所有浓度的MCC／BmimCI溶液均呈现剪切变稀行为，在低剪切速率端出现特有的剪切变稀区域。常温下MCC／Bmim

3、Cl溶液主要体现离子液体的流变行为，MCC浓度较高时则表现出凝胶的性质。复合粘度与角频率的关系符合Cross模型，利用Arrhenius公式计算了不同浓度MCC／BmimCl溶液的流动活化能。(2)甲壳素在离子液体中的溶解及流变性能研究探讨了甲壳素(CT)在离子液体1．烯丙基．3．甲基咪唑溴(AmimBr)中的溶解，通过偏光显微镜对甲壳素在离子液体中的溶解过程进行了观察，并采用X射线衍射对甲壳素在AmimBr中溶解前后的结晶结构变化进行了分析。结果表明，AmimBr对甲壳素有良好的溶解性能，且再生后的甲壳素结晶度大大下降。运用ARES．RAF旋转流变仪对不同浓度的CT／Ami

4、mBr体系进行了稳念剪切测试和动I中山人学硕士论文态频率扫描。在稳态剪切测试中，所有浓度的CT／AmimBr溶液均呈现剪切变稀行为，流动曲线在实验剪切速率范围内符合幂律方程，非牛顿指数n随甲壳素浓度的升高而减小。此外，CT／AmimBr稀溶液在低剪切速率下的剪切增稠反映了AmimBr的流变特性。剪切粘度与甲壳素溶液的浓度存在指数关系，但是温度对粘度的影响较小。动态频率测试表明，较高浓度的CT／AmimBr溶液具有弱凝胶的性质。(3)纤维素膜在离子液体中再生形成及其纳米复合物研究通过将纤维素溶解在离子液体BmimCl中，在水中再生形成纤维素的水凝胶。将再生纤维素水凝胶直接干燥制

5、得无孔致密的纤维素膜，进行冷冻干燥则得到具有微／纳米孔的纤维素膜。再生膜用于固定银离子、并通过原位还原形成纳米银复合材料。采用XRD、EDX、SEM表征了纳米银的形成与分布。所得的银纳米粒子尺寸在100nm以下。纤维素的微／纳米孔结构以及高密度的氧原子(醚和羟基)构成了原位还原纳米银的高效反应器。微／纳米孔对于银离子、还原剂的吸纳以及副产物的清除有重要的作用。醚氧原子和羟基不仅通过离子．偶极作用将金属离子牢牢地束缚在纤维素膜中，还通过键合作用对所生成的纳米银粒子起到分散稳定的作用。该方法步骤简单，为纳米复合物制备提供了新途径。抗菌实验表明，此类纳米银／纤维素复合材料对大肠杆菌

6、有较高的抗菌活性。(4)纤维素，e一己内酯接枝共聚物在离子液体中的均相合成及性能研究以辛酸亚锡为催化剂，采用开环接枝聚合的方法，在离子液体中通过均相反应合成了纤维素／￡一己内酯接枝共聚物(cellulose．g-PCL)，PCL摩尔取代度(MSPcL)在0．10"-'1．70之间。考察了￡一CL与纤维素投料比、反应温度、反应时间以及催化剂用量对该反应的影响规律。用FTIR、1HNMR、13CNMR、XRD、TGA、DSC和热台偏光显微镜表征了接枝物的结构以及热性质。DSC结果显示MSpcL为1．70的接枝物在138℃附近出现了玻璃化转变，表明PCL链段的引入有效地破坏了纤维素

7、分子内和分子间的氢键。DLS和SEM结果表明，具有两亲性质的cellulose．g-PCL在水中可自组装成40"-400nm的球状纳米粒子，纳米粒子的形成和分布受MSpcL和制备方法等因素的影响。关键词：离子液体；纤维素；甲壳素；溶解：流变性能；纳米复合物；接枝共聚合Il中山大学硕士论文StudiesonApplicationsofIonicLiquidsintheDissolutionandGraftModificationofNaturalPolysaccharidesMajor：PolymerCh