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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

纤维素是自然中最常见和应用最广的多糖天然高分子，是一种可再生资源，一方面在自然界拥有广泛的来源，另一方面其降解后对环境完全无污染。研究纤维素及其衍物对解决能源危机、保护环境具有重要的意义。

纤维素纳米晶（cncs）是指通过水解或酶解等方式除去天然纤维素纤维中的部分无定形区域而得到的高结晶度的纳米级纤维素晶体，具有优异的力学性能，其理论轴向杨氏模量约为167.5 gpa，高于钢铁^[1]。与此同时，纤维素纳米晶具有溶致型的液晶结构，在复合体系中的比例达到临界值以上时，能够在薄膜中形成向列相液晶结构^[2]。然而纤维素纳米晶的脆性阻碍了它独特的光学和力学性质在涂层工业、液晶显示等方面的进一步应用。把纤维素纳米晶作为增强剂引入复合薄膜中一方面可以减弱它本身的脆性，增强母体的刚量，另一方面可以保留其在溶液中独特的结构。具有广泛的应用前景和巨大的研究价值。

羧甲基纤维素（cmc）和羟乙基纤维素（hec）都是通过取代天然纤维素长链中的特定基团得到的高分子聚合纤维，两者都拥有较好的韧性，良好的透明性、广泛的应用以及卓越的成膜能力，两者都适合作为纤维素纳米晶的复合基质。不同的是，羧甲基纤维素作为一种带负电的聚电解质与本身带负电的纤维素纳米晶之间有排斥作用^[3]，而羟乙基纤维素是一种已经被证实可以阻碍纤维素纳米晶聚集的中性电解质^[4]，同时因为自身活跃的羟基，羟乙基纤维素长链上的羟基易与纤维素纳米晶表面的羟基形成氢键作用。这两种复合体系中增强剂与基质不同的相互作用力会对纤维素纳米晶出现向列相液晶的临界值以及复合物的力学性质产生很大的影响。研究这两种有共通点又有不同点的环境友好向列相液晶复合薄膜对寻找具有最佳力学、光学结构的纤维素复合薄膜具有非凡的意义。

2. 研究的基本内容

（1）用硫酸水解法成功制得cncs均匀的悬浮液，用挥发结晶法将cncs作为增强剂引入不同的基质中，制备出均匀平滑的复合薄膜。

（2）分别选用阴离子型聚电解质高分子cmc以及中性聚合物高分子hec作为基质与cncs增强剂复合，分别对制得的复合薄膜进行结构、力学性质以及透过率进行表征测试，来总结研究cncs对不同基质的增强效果。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

通过挥发成膜法制备出混合均匀的复合薄膜，中期检查前完成对所有复合物的表征测试，完成数据分析。最终找到的最佳混合比例的具有良好力学和光学性质的环境友好手性向列相液晶复合薄膜。把分析、数据汇总，完成毕业论文。

4. 参考文献

[1] favier v, chanzy h, cavaille jy. polymer nanocomposites reinforced by cellulose whiskers [j]. macromolecules 1995, 28, 6365-6367.

[2] dong x m, gary d g. effects of counterions on ordered phase formation in suspension of charged rodlike cellulose crystallites [j]. langmuir 1997, 13, 2404-2409.

[3] e.s. abdel-halim, chemical modification of cellulose extracted from sugarcane bagasse: preparation of hydroxyethyl cellulose [j]. arabian journal of chemistry, 2014, 7, 362-371.