1. 研究目的与意义（文献综述）

通过对纤维素酸水解残渣的研究，发现了一种棒状纤维素晶体，因其尺寸在纳米尺度范围，通常称其为纤维素纳米晶体（cellulose nanocrystal）。纤维素纳米晶体因具有高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度等特性，加之具有生物材料的轻质、可降解、生物相容及可再生等特性，适于作为在高性能复合材料中的填充材料。纤维素纳米晶体通过对表面的化学功能化改性被赋予更多的性能，也使其在众多领域中显现出巨大的应用前景。

气凝胶是由凝胶通过冷冻干燥或超临界二氧化碳干燥制得的多孔材料。s. kistler在20世纪30年代从多种材料中合成了第一批气凝胶，如二氧化硅、氧化铝、橡胶和纤维素衍生物。最初，气凝胶是由湿凝胶（水凝胶）与水溶性醇进行溶剂交换以产生醇凝胶，然后将醇凝胶在超临界条件下干燥以形成的，该过程中保留了醇凝胶的高度多孔结构。这些气凝胶通常显示出高达99％的孔隙率，0.004-0.500gcm ^-3范围内的堆积密度，以及100-1000m2 g^-1的表面积。由于其具有超低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率等特殊的性质，目前常被应用于吸附材料，隔热材料，功能模板和仿生支架等应用。由于兼具可再生天然高分子及高孔隙率纳米多孔材料的诸多优点，纳米纤维素基气凝胶具有天然可再生、可生物降解、无毒等优异特性，因此被誉为继无机气凝胶和合成聚合物气凝胶之后的新一代绿色气凝胶材料。

然而，传统的纳米纤维素气凝胶存在力学性能差、在溶剂中易结构崩解等问题。尤其是来自于刚性纤维素纳米晶的气凝胶材料，通常表现出脆性高但韧性极低，结构易崩解的特点。针对这一缺陷，本课题提出利用具有较高弹性和较强疏水性的的橡胶高分子添加到纳米纤维素基气凝胶中作为增韧剂，橡胶被氧化，使其成为带有—oh的氧化橡胶。cnc基气凝胶中因有大量—oh，可与氧化橡胶通过氢键产生结合，从而提升改性后气凝胶的力学性能和疏水性，从而拓展纳米纤维素气凝胶的应用领域。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容包括：通过硫酸水解，冷冻干燥制备纤维素纳米晶气凝胶基质；制定方案对橡胶分子进行氧化后得到带—oh的橡胶乳液；将气凝胶基质浸入乳液中，利用摇床使其充分静电吸附；通过透射电镜（tem）、扫描电子显微镜（sem）、原子力显微镜（afm）、氮气吸附脱附（bet）、x射线衍射（xrd）及接触角等表征仪器对改性后气凝胶的形貌、尺寸、疏水性与力学性质进行分析。

步骤为：1、以海鞘背囊为原料，离心洗涤至中性后用硫酸水解。水解后透析除去酸，捣碎后得到均质的纤维素纳米晶原材料；2、对纤维素纳米晶进行冷冻干燥，得到纤维素纳米晶气凝胶基质；3、将橡胶氧化，过滤沉淀洗涤得氧化天然橡胶； 4、将气凝胶基质充分浸入于阳离子化橡胶乳液中，接着在恒温摇床下进行吸附，用溶剂洗涤后经冷冻干燥可得改性后的纤维素纳米晶气凝胶；

采用各种表征手段对制得的海鞘纤维素纳米晶气凝胶和氧化橡胶的形貌及性质以及最终改性气凝胶结构与性能进行表征；探讨氧化天然橡胶与纤维素纳米晶之间的吸附效果，以及研究改性后气凝胶的力学性质和疏水性质，从而拓展纳米纤维素气凝胶应用。

3. 研究计划与安排

（1）2019-03-10前完成开题报告撰写，包括将相关文献阅读标注后分类留存，便于后期查阅参考，同时阅读其他有关文献来扩展对纤维素纳米晶、气凝胶和橡胶材料领域的理解。

（2）2019-04-15前完成完成气凝胶材料的制备，包括纤维素纳米晶气凝胶基质的制备，阳离子化天然橡胶乳液的制备，橡胶改性后气凝胶的制备以及四巯基化合物的共价交联后的气凝胶

（3）2019-05-20前完成对气凝胶结构与性能的表征和分析，包括测定未改性前气凝胶的结构与性能、证明阳离子化天然橡胶成功通过静电吸附至气凝胶基质上、证明改性后的气凝胶的力学性能得到提升，证明改性后的气凝胶的疏水性能得到提升，证明改性后气凝胶比表面积未受较大影响。

4. 参考文献（12篇以上）

(1) heath l, thielemans w. cellulose nanowhiskeraerogels[j]. green chemistry, 2010, 12(8):1448-1453.

(2) yang x , cranston e d . chemically cross-linked cellulosenanocrystal aerogels with shape recovery and superabsorbent properties[j].chemistry of materials, 2014, 26(20):6016-6025.

(3) yang x, shi k, zhitomirsky i, et al. cellulose nanocrystalaerogels as universal 3d lightweight substrates for supercapacitormaterials[j]. advanced materials, 2015, 27(40):6104-6109.