纤维素基智能水凝胶的制备及性能表征开题报告

1. 研究目的与意义

随着环境问题、能源短缺问题的日益凸显，以天然生物资源为原料制备高分子化工产品得到了广泛关注。纤维素是所有植物材料的主要成分，约占植物组织的1/3到1/2，并能通过光合作用不断合成，年产量约 吨，是世界上最丰富的天然有机物资源，具有可再生、可生物降解等优点。纤维素及其衍生物在造纸、纺织、食品、生物医用、石油化工等领域有着广泛的应用。水凝胶是一种通过物理或化学交联而具有三维网络结构的高分子聚合物材料，能够在蒸馏水或其他有机、无机溶剂中吸水溶胀但不被溶解，广泛应用于个人卫生产品、药物载体、水处理、组织工程等多个方面。

利用天然高分子纤维素及其衍生物来制备水凝胶，在环境保护、资源利用等方面意义重大。纤维素分子含有大量羟基，具备较好的亲水性，并易于实现离子化改性，可用于制备具备特殊功能的水凝胶材料，如对温度、ph、电磁场等刺激敏感，以及具备对溶胀率、形状等方面的智能响应特征。

因此本课题以纤维素衍生物羧甲基纤维素为原料，通过自由基聚合等方法将溶液中分散的温度响应性单体和ph响应性单体聚合成网络结构，即为具有温度和ph双响应性的纤维素基智能水凝胶，并进行水凝胶对温度和ph变化响应性分析，探究响应性官能团添加量对水凝胶响应性能的影响。

2. 国内外研究现状分析

经研究者们多年努力，对纤维素性能和应用的研究取得了显著的成果。纤维素改性方法可分为：化学改性、物理改性和生物改性。

(1) 化学改性

在化学改性方面，由于纤维素分子结构中存在三个活性较强的羟基，因此可发生一系列的醚化、酯化、接枝共聚反应引入其他功能官能团，修改纤维素的结构与性能，这是现阶段应用最广泛的改性技术，是纤维素广泛应用的基础，常见的化学改性产物包括：羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素等衍生物。

3. 研究的基本内容与计划

一、 研究内容：

1.纤维素基智能水凝胶的制备及结构表征

引入对外界环境温度、ph刺激具备响应性的敏感型单体，通过加入表面活性剂使温敏性单体稳定分散在水溶液中，采用乳液聚合、自由基聚合等方法使得响应性单体与羧甲基纤维素在经过物理作用或者化学作用后，制备稳定的智能水凝胶材料，对智能水凝胶的制备条件进行优化，并对水凝胶的结构及溶胀性能等进行表征。

4. 研究创新点

基于纤维素具备的较好亲水性，和易于实现离子化改性的特性，可用纤维素为基体材料制备水凝胶，同时可用氨基、羧基、磺酸基等特殊官能团进行修饰大量纤维素上大量羟基，使其具备不同功能特性，从而用于制备高溶胀速率和高环境敏感的智能水凝胶。进而对智能水凝胶的溶胀性和响应性进行表征，并探究响应性官能团的添加量对智能水凝胶响应外界刺激能力的影响。