氟硅烷改性纤维素性能及其应用研究开题报告

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1. 研究目的与意义

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，是一种天然可再生的高分子材料。纤维素蕴藏丰富，是自然界中分布最广含量最多的一种多糖。纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子，是取之不尽用之不竭的，人类最宝贵的天然可再生资源。不竭的资源。因此，如今随着石油、天然气、煤的储存量日益下降，石油价格的飞速增长和各国对环境污染问题的日益关注和重视，纤维素可作为一种可持续发展的资源来研究开发。而且天然植物纤维资源丰富、价格低廉，具有可再生性、可生物降解性、生物相容性好、无毒等优点，在解决人类所而临的能源消耗、资源枯竭以及环境问题等上有重要意义。

纤维素是一种天然高分子化合物，在其分子间和分子内存在着很多的氢键并具有较高的结晶度，故在性能上存在一定的缺点，比如纤维素难溶于水和有机溶剂，不耐化学腐蚀、热可塑性差等，导致其在应用过程中受到了很多的限制。因此可以通过对纤维素改性来获得有特殊性能的纤维素新产物。将纤维素进行改性处理可以对纤维素进行充分地利用，能否利用好，对未来能源的发展具有重要的意义。

2. 国内外研究现状分析

对于纤维素的改性处理主要分为物理处理和化学处理等。

在物理改性处理方面，郝红英等利用植物的秸秆，通过高压蒸汽闪爆技术、稀碱蒸煮等方法制出有一定a-纤维素含量的秸秆基纤维素，对产物进行碱化、醚化和胺基亲核取代，得到了可以吸附cu2 和cd2 等重金属离子的乙二胺鳌合植物秸秆纤维素，通过研究得出，可以用蒸汽闪爆来钝化天然植物秸秆纤维素。lidija等在纤维表面通过吸附cmc来引进竣基，从而制备出了一种新的吸附材料，试验结果表明，相对分子质量高的cmc首先被吸附，并且棉纤维总电荷量会大幅度地提高，可以提高50%左右，从而使产品的吸附性能大大提高。

在对纤维素进行化学改性处理方面，主要有氧化反应、酯化反应、醚化反应、接枝共聚等等。li等利用一种新的方法制备出了纤维素硝酸乙酸混合酯(cna) , 硝酸最高取代度达到了9. 2% 。而纤维素有机酸酯指的是纤维素分子链中的羟基与有机酸、酸酐或酰卤进行反应生成的产物，其产物各式各样，主要包括:纤维素甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、乙酸丁酸酯、高级脂肪酸酯、醋酸酯、二元酸酯和芳香酸酯等。尚秀丽等利用相分离原位聚合把聚毗咯(ppy)合成到了乙酸纤维素(ca)基体中，发现可以用来制备ppy / ca导电的薄膜，这对于导电的聚合物复合膜的开发和应用具有很重要的意义。刘崇华等研究表明，断裂强度较高的羟乙基纤维素(hec)可以在12%硫酸，10%硫酸钠，凝固浴温度为20℃,凝固时间为5 mim的凝固浴中制取出来。berglund等先用含有乙基氯的naoh碱液对纤维素进行处理，当温度达到65一90℃的时候再加入甲基氯，结果表明这样做不仅效率很高，而且可以制备不同取代度的水溶性甲基纤维素醚。berglund等（39）先用加入乙基氯的naoh溶液处理纤维素，65一90℃,3~15 bar，然后加入甲基氯，此法可高效率地得到取代度不同的水溶性甲基纤维素醚，而且反应压力低。

3. 研究的基本内容与计划

硅烷处理可降低纤维素表面经基数量，降低纤维素的亲水性。例如，作为增强剂的纳米纤维素(Nanofibrillaed cellulose，NFC)表面的α-羧基功能基团与烷氧基硅烷缩聚反应，可以获得表面疏水改性的功能化NFC，有利于改善其与聚合物分子之间的混合兼容性，改性效果优于传统的偶联剂改性和表面活性剂吸附改性。同时，硅烷上的有机官能团通过化学反应如接枝、加成、取代，或是二级力如氢键、酸碱作用、缠结、电吸引，进行进一步修饰。这正是本次课题所要具体研究的方向，研究氟硅烷处理纤维素后纤维素的疏水性能和成膜性。

硅烷处理可以改善纤维素醚的水分散性和成膜性。例如，HEC 在制备干燥研磨中形成的结节在酸性、中碱性水溶液中需要几小时才能完全溶解，经乙基 - 三甲酰氧基硅烷改性后形成水不溶性硅烷化纤维素衍生物，可以在较宽 pH 范围的水溶液中分散而不产生结块，在 pH=11-12 的碱性环境下或 pH=1-2 的酸性环境下几分钟内溶解。

4. 研究创新点

本项目拟以氟硅烷为疏水改性剂，通过化学改性制备出疏水改性的纤维素，用多种手段表征改性后纤维素的表面接枝率、化学组成及表面浸润性。以不同氟化程度的纤维素为稳定剂，包覆液体制备液体弹珠，对液体弹珠的各项性能进行表征。

由于液体弹珠接近180度的接触角及很小的滚动角和移动阻力，液体弹珠在操作小剂量溶液方面优势明显。与传统的微流控技术，如电子微流控技术相比，液体弹珠巧妙地将传统微量液滴移动的液-固界面(液滴同基底的界面)转变为新的固-固界面(超疏水颗粒同基底的界面)，从而较简便地实现对微量液滴的控制。

液体弹珠是一种新近发展的不粘连体系，它同基底的摩擦力很小，且具备一定的强度。随着外层疏水颗粒的不同，其性能也有较大变化。通过改变疏水颗粒和内部液体，可以使液体弹珠获得磁性、电润湿性、刺激响应性等多种有潜在应用价值的性能。