摘 要

Abstract II

1 绪论 1

1.1纤维素纳米晶简介 1

1.2纤维素纳米晶及其聚合物的应用 1

1.3纤维素纳米晶的制备 2

1.4纤维素纳米晶表面修饰 4

1.5论文的研究内容 5

2纤维素纳米晶的提取及表征 6

2.1主要药品及仪器 6

2.2实验过程 6

2.3表征分析 6

2.3.1透射电子显微镜（TEM）表征 6

2.3.2 X射线衍射（XRD）表征分析 7

2.3.3红外光谱（FT-IR）表征分析 8

3纤维素纳米晶甲硅烷基化及表征 10

3.1主要药品及仪器 10

3.2 对原料比例的优化 10

3.2.1实验过程 10

3.2.2红外光谱表征及硅含量分析 11

3.2.3接触角表征分析 12

3.3对pH的优化 13

3.3.1实验过程 13

3.3.2结果与讨论 14

3.4 对反应时间的优化 14

3.4.1实验过程 14

3.4.2红外光谱表征及硅含量分析 15

3.4.3 接触角表征分析 16

4 总结 16

参考文献 19

致谢 21

摘 要

本文通过硫酸酸解法从棉短绒中制备提取纤维素纳米晶，并通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）进行形貌结构的表征。结果表明此方法提取的纤维素纳米晶为棒状，结构为Ⅰ型，结晶度较高。通过将聚硅氧烷滴加到纤维素纳米晶悬浮液中的方法进行纤维素纳米晶的甲硅烷基化，并对原料比例、pH、反应时间进行优化，通过红外光谱分析（FT-IR）、接触角测试进行表征。结果表明纤维素纳米晶和甲基三甲氧基硅烷质量比为1:1时硅含量最高，且接触角最大，疏水性能最好；pH不能低于2.5，否则会破坏纤维素纳米晶的结晶区而导致无法进行甲硅烷基化；反应在6 h以上的硅含量变动不大，但接触角有很大提高，疏水性能得到增强。

关键词：纤维素纳米晶；甲基三甲氧基硅烷；甲硅烷基化

Abstract

Based on the sulfuric acid solution preparation extracted from cotton linter cellulose nanocrystals, and through the transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD) characterization of morphology structure.The results show that this method to extract the cellulose nanocrystals is rod,acid solution to extract the structure of cellulose nanocrystals is Ⅰ type and high crystallinity.Through the polysiloxane drops to the cellulose nanocrystals in the suspension method for cellulose nanocrystals of a silicon alkylation, and optimize the proportion of raw materials, pH value, reaction time, by infrared spectrum analysis (FT-IR) and Contact Angle test were characterized.Results showed that the cellulose nanocrystals and methyl silane when the mass ratio of 1:1 top oxygen radicals silicon content is the highest, and the contact angle is the largest, hydrophobic property is the best.PH value can not be less than 2.5, otherwise it will destroy the crystalline region of cellulose nanocrystals and cause it can't be a silicon alkylation.Reaction in the silicon content of more than six hours haven't changed much, but there is a big increase about the contact angle,and hydrophobic performance is enhanced.

Key Words：cellulose nanocrystal;methyltrimethoxysilane;silylation

1绪论

1.1纤维素纳米晶简介

纤维素是世界上最丰富的天然有机物，棉花中纤维素含量非常高，是天然纤维素主要来源。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水,也不溶于一般的有机溶剂。纤维素纳米晶广义上是指至少有一维空间尺寸在1~100 nm范围内的纤维素，可以从植物和动物中提取。地球上每年生长的植物纤维素有很多，但大多数都没有得到有效利用，而是被焚烧或腐烂掉。从植物中提取纤维素纳米晶并将其进行改性研究可以充分利用纤维素，也是目前研究的热点。纤维素纳米晶有许多优良性能，比如高聚合度、高结晶度、超精细结构、高亲水性等^[1]。基于纤维素纳米晶的这些优良性能，将其应用于复合材料是纤维素纳米晶的研究重点。纤维素纳米晶表面的羟基极性较强，可以引入各种基团改善性能，表面改性主要有酯化、烷基化、酰胺化、聚合物接枝等。烷基化可以降低纤维素纳米晶表面的亲水性；将纤维素纳米晶进行聚合物接枝得到的聚合物可以引入不同的基团而得到特殊的功能性，也可以改善纤维素纳米晶在极性和非极性介质中的分散稳定性。

1.2纤维素纳米晶及其聚合物的应用

纤维素纳米晶由于其独特的性能在许多领域应用有很大潜能。国内最先开始纤维素纳米晶聚合物研究的是中科院广州化学研究所，丁恩勇等^[2]利用化学接枝方法将两种通用材料的优势结合在一起，在使纤维强度基本不变的前提下改善了透湿性、抗静电性和生物相容性。近些年，各大高等院校也在纤维素纳米晶的机械性能、光学性能、热行为、催化性、稳定性和聚合物的制备及性能方面展开研究。19世纪50年代就有国外学者^[3]提出可以用硫酸酸解来制取纤维素纳米晶悬浮液，本世纪初出现了大量纤维素纳米晶胶体的基础理论研究。因为纤维素纳米晶纳米粒子对环境的敏感性，导致其在实际应用中受到很大局限，改变它的表面性质来提高兼容性和稳定性引起了广大研究者对其表面功能化的兴趣。所以围绕纤维素纳米晶进行的研究多在于其聚合物的制备及性能方面。

纤维素纳米晶作为聚合物复合材料显示了优越的机械性能，与热塑性淀粉薄膜相比，添加了纤维素纳米晶的复合薄膜的断裂伸长率和拉伸强度均随含量的增加而增大；应用在橡胶中不仅可以提升力学性能，而且可以改善热空气老化性能、动态力学性能、热性能及加工性能。在生物医药方面由于纤维素纳米晶的生物相容性和特殊尺寸的特殊性能而应用广泛，在生物医学材料、生物载体、磁性药物载体、无机材料的生物模板、生物传感器的制造无机材料复合物制备生物活性的组织学支架等领域都有涉及。已经发现了一种纤维素纳米晶载体的制备方法^[1]，即在控制的条件下对解聚的纤维素进行化学和结构的改性，使纤维素颗粒上可以接到多种生物活性物质，在液体介质中将纤维素颗粒高强度机械瓦解，这样就可以得到有生物活性的纤维素纳米晶。因为纤维素纳米晶的高比表面和多孔结构可以将其用于固载蛋白质/酶，从而提高反应效率和生物活性，将其植入细胞内可以用来控制靶向药物的释放来达到提高药物功效的目的。目前为止的研究结果尚未发现纤维素纳米晶在活体中的排异反应或炎症现象，纤维素纳米晶已应用于人工移植物、防紫外线化妆品、伤口抗菌敷料及组织学支架等领域，也可以用于医学成像来跟踪肿瘤细胞以辅助医学治疗。