尼龙1010对乙基氰乙基纤维素液晶态的影响

在尼龙1010/乙基氰乙基纤维素/二氯乙酸体系中,尼龙1010/二氯乙酸溶液相与乙基氰乙基纤维素/二氯乙酸溶液相不相容,各自形成相区。在乙基氰乙基纤维索含量一定时,增加尼龙1010的量,使液晶相转变温度提高,液晶相的织构也由于乙基氰乙基纤维素/二氯乙酸溶液相的浓度的增大而发生变化。在受到切应力作用后,液晶溶液形成条带织构,条带的方向与应力方向垂直。随着取向的大分子链的松驰解取向,各条带中沿着大分子链取向的方向上出现许多暗带线.把条带分剖成约0.5-1.0μm长的小块。在足够长的时间后,在切应力的方向上形成许多较宽的带。这些带由许多基本相互平行并与宽带形成一角度的小细带组成。上述现象除了与取向大分子链的松弛有关外,可能还与尼龙1010/二氯乙酸溶液相和乙基氰乙基纤维素/二氯乙酸溶液相的相分离有关。     

纳米纤维素的制备

在纳米尺寸范围操控纤维素分子及其超分子聚集体,结构设计并组装出稳定的多重花样,由此创制出具有优异功能的新纳米精细化工品、新纳米材料,是纤维素科学的前沿领域和热点。为了研究当前制备纳米纤维素的现状和发展方向,简述了纳米纤维素化学基础,介绍了三类纳米纤维素：纳米纤维素晶体（晶须）、纳米纤维素复合物和纳米纤维素纤维,重点综述了纳米纤维素的五种制备方法：化学法制备纳米纤维素晶体和晶须、生物法制备细菌纤维素、物理法制备微纤化纳米纤维素、人工合成纳米纤维素和静电纺丝制备纤维素纤维,讨论了各种制备方法的优点和缺点,指出开展纳米纤维素超分子的可控结构设计、立体与位向选择性控制与制备、分子识别与位点识别等自组装过程机理、多尺度结构效应的形成机理等基础理论性研究是主要研究基础,新型的、绿色、低能耗、快速、高效的制备方法是纳米纤维素制备方法的发展方向。     

氨分子对纤维素Iβ性能影响的分子动力学模拟

以纤维素Iβ为研究对象,通过分子模拟的方法,分别对其在有氨环境和无氨环境下的性能变化进行了仿真分析,主要包括对纤维素末端距、氨分子的扩散运动及氨分子与纤维素的氢键作用的研究.结果表明:氨分子的加入使得纤维素链的末端距增大,改善了纤维素链的柔顺性,合理的解释了"液氨整理可以用来改善棉麻纤维的柔顺性"的普遍共识;氨分子在纤维素中的均方位移和扩散系数随着温度的提高而变大,温度从298 K升高到398 K,氨分子的扩散系数增大87.8%,所以液氨整理过程中相应升高温度可以减少浸泡时间,提高生产效率;氨分子与纤维素形成的氢键,使得系统内的氢键总数增加,纤维素链内氢键数基本不变,但削弱了纤维素链间的氢键作用,加剧了纤维素链的运动,体现出良好的溶胀性能.     

纤维素的绿色溶解体系

纤维素是一种天然的可再生资源,将其溶解是对其有效利用的关键。本文从溶解机理的角度对环境友好的非反应型纤维素溶剂,包括无机溶剂和有机溶剂体系,进行了重点介绍。无机溶剂体系包括碱/尿素/水体系、碱/硫脲/水体系等,其是在低温下通过尿素或硫脲小分子形成稳定的氢键网络包裹自由的纤维素大分子,使之不能相互结合,从而使碱不断打开纤维素分子间、分子内氢键获得更多的自由纤维素分子,并最终使其溶解。有机溶剂体系包括胺氧化物和离子液体,其是通过电子给予体和电子接受体与纤维素羟基作用实现纤维素的溶解。     

聚乙烯球晶在单向拉伸下的形变Ⅱ

用电子显微镜研究了聚乙烯球晶在单向拉伸下由球晶结构转变到纤维结构的全部过程,电子显微图象及大小角电子衍射表明,纤维是由一束“细纤维”所组成,细纤维则是由垂直于细纤维轴的折迭链块沿纤维轴的方向平行排列而组成的。     

碱/脲水溶液体系中纤维素包合物构型及纤维素与溶剂分子间相互作用力的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了纤维素分子在碱/脲水溶液体系中形成的包合物结构,研究了纤维素包合物的空间构型、氢键网格结构、纤维素分子与溶剂分子的相互作用以及碱金属阳离子对包合物稳定性的影响.在纤维素包合物结构中,碱金属阳离子和OH-主要吸附在纤维素分子链羟基的附近,与纤维素上的羟基氧直接接触形成稳定的吸附构型;尿素分子更倾向于在纤维素糖环面结构上聚集,可以与纤维素上的羟基氧和醚键氧相互作用形成氢键.通过对纤维素与溶剂分子间非键相互作用的研究发现,在纤维素羟基附近,羟基与金属阳离子之间的相互作用能最大,其次为与尿素分子、氢氧根离子的相互作用,最小的为与水分子的相互作用;在纤维素糖环面结构上,Na~+、OH~-、尿素、水与纤维素醚键氧的相互作用远小于与纤维素羟基的相互作用,纤维素上的醚键氧与尿素分子相互作用能最大.比较KOH/尿素和NaOH/尿素2种溶剂体系中碱金属阳离子与纤维素羟基形成的吸附构型的结合能,发现Na~+对纤维素分子内和分子间的氢键具有更强的破坏作用,NaOH/尿素溶剂体系中的分子与纤维素分子形成的包合物构型更稳定.     

双吡啶酰腙Schiff碱双核Fe(Ⅱ)配合物的合成与磁性

基于己二酰肼双缩(溴代)吡啶甲醛Schiff碱配体HLx(x=1,2),合成了2例双核Fe(Ⅱ)配合物,并通过红外光谱、X射线单晶衍射分析及磁化率测量等手段对配合物进行了表征。X射线单晶衍射分析结果表明,每个独立单元中均含有2个Fe(Ⅱ)离子、2个配体单元和4个高氯酸根阴离子,Fe(Ⅱ)离子呈N4O2八面体配位构型。分子间π…π堆积作用将配阳离子连成超分子一维链结构。磁性测试表明2个配合物都是高自旋态,同时配合物2呈现弱的分子间铁磁耦合作用。     

可持续高分子-纤维素新材料研究进展

21世纪"绿色"化学已成为世界各国社会经济发展中的研究与开发战略方向.纤维素是自然界中储量最丰富的天然高分子,是重要的可再生资源以及未来的主要工业原料.然而由于纤维素存在着大量的分子内以及分子间氢键,其结构致密,难以溶解或熔融进一步加工.本文简要介绍了近几年来关于直接使用物理溶剂方法(非衍生化)对纤维素材料开发利用的新进展,主要包括以下4个方面:(1)纤维素在"绿色"溶剂-碱/尿素以及离子液体体系中的溶解和再生;(2)纳米纤维素的制备以及组装;(3)木材纳米技术的开发及利用;(4)细菌纤维素基材料等,旨在推进"绿色"技术实现纤维素资源的研究开发及利用.     

“一锅法”均相合成热塑性纤维素丙酸酯接枝聚乳酸共聚物

纤维素重复单元的羟基上引入足够数量的柔性分子链,有可能在破坏纤维素分子链间氢键的同时起到内增塑作用,从而赋予纤维素熔融流动性.由纤维素酯化反应得到的一些短链取代的纤维素酯[如纤维素醋酸酯(CA)、纤维素丙酸酯(CP)等]具有热塑性,但需要在外加大量增塑剂条件下才能熔融加工[1].接枝共聚合是改变纤维素物理化学性质的另一种有效方法[2～4]。     

细菌纤维素和TEMPO氧化细菌纤维素对Fe(Ⅱ)的吸附

利用TEMPO/Na Br/Na Cl O氧化体系氧化细菌纤维素(BC)制备氧化细菌纤维素(TOBC)。考察了p H值、反应时间、反应温度以及Fe(Ⅱ)初始浓度等因素对TOBC吸附Fe(Ⅱ)的影响,并进一步模拟其吸附动力学。结果表明,氧化后,BC链上引入了羧基,使改性后的BC对Fe(Ⅱ)的吸附率得以提高,特别是Fe(Ⅱ)浓度较低时,吸附率达到90%及以上;吸附过程符合准二级动力学特征方程,具有良好的线性相关性,属于化学吸附。     

羧甲基纤维素取代均一性的研究

羧基纤维素(钠盐,以下简称CMC)是一种重要的水溶性聚电解质。本文在传统溶媒法的基础上,采用乙醇作溶剂的两段加碱法新工艺制备CMC。研究表明,在低浴比(乙醇与纤维素质量比为2.04～2.45)条件下,采用新工艺制得的CMC具有较好的取代均一性和良好的性能:并用酶降解的方法,通过还原值测定,对CMC的取代基沿分子链的分布进行了表征;此外,对CMC的一些性能进行了测定,同时对其热稳定性进行了研究。     

为什么纤维素与淀粉的二级结构迥然不同?

学过基础有机化学的人都知道,直链淀粉和纤维素都是D—(+)—吡喃葡萄糖的多糖,不过,直链淀粉是α—葡萄糖通过α—1,4甙链相连接而成的长链,而纤维素是β—葡萄糖通过β—1,4甙相连接而成的长链。这就是说,直链淀粉和纤维素的一级结构相差甚微。然而大家知道,直链淀粉和纤维素的高级结构相差悬殊,纤维素的直链会形成纤维结构而直链淀     

纤维素在碱/尿素复合溶剂中的低温溶解及纺丝研究进展

低温碱/尿素复合溶剂体系对纤维素具有独特的溶解性能,为再生纤维素纤维的制备提供了新方法.这种新型的纤维素纤维制备工艺具有生产流程短、生产成本低、对环境无污染等优点,发展前景十分广阔.但低温碱/尿素溶剂体系溶解纤维素的溶解机理复杂,溶解条件苛刻,纤维素溶解度低,纺丝液的稳定性差,成品纤维的强度还有待提高.本文综述了纤维素...     

介质和力场协同作用对纳米纤维素形貌结构的调控

纤维素是一种由直链多聚糖通过糖苷键连接而成的巨型线性高分子,纤维素分子链通过氢键紧密排列形成纤维素晶体.由于纤维素晶体具有优良的化学可修饰性和机械性能等优点,纳米化加工的纤维素可广泛应用于日常生活和工业生产的各个领域.本文主要介绍了本课题组在机械剪切力作用下,实现纤维素纳米化并同时进行亲水或疏水改性的研究进展,重点介绍了介质极性对纤维素分子链之间相互作用的影响,并通过改变分子链之间的相互作用来调控纳米化纤维素的形貌和亲、疏水性.提出机械外力和环境极性协同作用下,晶面导向剥离纤维素的理论.     

双螺杆挤出机纺制的纤维素纤维

以离子液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)为溶剂,采用双螺杆挤出机溶解并纺制了较高质量分数的纤维素纤维,测定了纤维素纤维的结构与性能以及纤维中[AMIMCl]残余质量分数,观察了纤维的微观形貌。结果表明:双螺杆挤出机能溶解并纺制较高质量分数的纤维素纤维,可达30%,纤维素纤维晶型由浆粕的Ⅰ型转变为Ⅱ型,纤维结晶度小于纤维素浆粕。成形过程中,纤维中的离子液体难于完全除去,导致纤维素纤维分解温度下降。实验范围内,纤维素质量分数为20%时,纤维断裂强度最高,为0.51cN/dtex。     

氰乙基纤维素/二甲基乙酰胺液晶溶液的取向态织构

本文用偏光显微镜、小角光散射和消偏振光法对受切应力后取向的氰乙基纤维素/二甲基乙酰胺液晶溶液的织态结构进行了研究。证明在取向的液晶溶液中,分子链沿切应力方向高度取向。相邻条纹间的分子链取向稍有不同。     

纤维素在NMMO水溶液中的溶解机理研究进展

被称之为绿色纤维的Lyocell纤维,其成功开发的基础在于纤维素溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的发现。尽管在发现初期,就有人根据溶解现象和实验证实纤维素在NMMO水溶液中的溶解过程是一个大分子间氢键被破坏的物理过程,但人们对其溶解机理的认识还是经历了一个长期的过程。以往的实验方法局限于纤维素分子与溶剂分子间弱相互作用的研究,随着计算机技术的发展,分子模拟的方法填补了这一空白,使纤维素的溶解机理得到了新的认识,例如纤维素分子和NMMO分子的两亲性,以及疏水缔合相互作用。纤维素溶解机理的深入认识不仅可以促进Lyocell过程稳定性、溶剂回收效率的提升,还会为新溶剂的开发奠定理论基础。本文从NMMO的认识过程、纤维素在NMMO水溶液中溶解过程的实验发现和分子模拟计算等方面,全面总结和理解纤维素在NMMO水溶液中的溶解机理。     

纤维素基功能材料的研究进展

纤维素是自然界中最为丰富的可再生天然高分子材料,价格低廉,可生物降解,是最有潜力的绿色材料之一。纤维素分子链上含有大量羟基,形成分子间与分子内强烈的氢键网络,使得纤维素难于溶解在普通的溶剂中,难于加工,极大地限制了它的广泛应用。本文从纤维素的衍生物、接枝共聚物及凝胶的制备三方面,介绍了纤维素基功能材料的研究进展情况。通过化学改性的方法,减弱了纤维素分子间的氢键作用,得到结构与功能多样的纤维素材料,拓宽了纤维素的应用领域。     

Cu催化羟基自由基氧化断裂纤维二糖分子糖苷键反应及其在纤维素低温解聚中的应用

纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷键链接而成的高聚物,在木质纤维素中含量最高,结构稳定,较难水解.糖苷键的解聚主要有三种方式:酶水解、酸水解以及碱降解.酶解的优点是反应条件温和、副产物少,但存在成本高、活性低等缺点,限制了其大规模的工业化生产.碱水解纤维素的同时伴随着葡萄糖的peeling-off反应得到异变糖酸,需要消耗大量的碱,并且强碱也存在腐蚀性强和回收难等问题.酸水解是目前工业上常用的纤维素水解方法,在保持较高葡萄糖选择性的同时,通过对反应条件的控制(提高反应温度和酸浓度)来提高纤维素的水解效率,但是硫酸对设备的腐蚀性强,也难以回收,不符合绿色化学的发展要求.固体酸是近年来研究较多的纤维素水解催化剂.固体酸虽然腐蚀性弱、易回收,但是其活性低,水热稳定性较差,目前还不具备大规模生产的条件.本文发展了一种羟基自由基活化断裂糖苷键的方法,利用羟基自由基的高活性在低温下实现糖苷键的选择性断裂,同时羟基自由基与糖苷键作用后转化为无毒无害的水和氧气,将不会对环境造成污染.我们首先以纤维二糖作为纤维素的模型分子,通过羟基自由基能够优先与糖苷键反应得到葡萄糖和葡萄糖酸的实验证实所提出的方法的可行性.实验表明,来自H2O2的·OH自由基能够在铜基催化剂作用下选择性氧化断裂其糖苷键,生成葡萄糖和葡萄糖酸.比如:采用均相CuSO4体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为28.5%和32.3%.采用多相CuO/SiO2(4 wt%CuO)体系,纤维二糖转化率约为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性约分别为23.3%和25.7%,并且该催化剂具有良好的循环使用性能.与·OH类似,CuSO4催化过硫酸钾生成的·SO4-自由基也能够有效转化纤维二糖,在纤维二糖转化率为20%时,葡萄糖和葡萄糖酸的选择性分别为36.6%和39.9%.利用这种·OH和·SO4-自由基氧化的方法,也能够在较低温度下(333 K)解聚纤维素中的糖苷键.我们发展了H2O2浸渍预处理纤维浸渍预处理纤维素的方法,通过部分破坏纤维素糖苷键,提高了纤维素的水解活性.比如:处理后的纤维素在413 K条件下反应12 h,纤维素转化率和葡萄糖选择性分别达到约36.1%和42.5%.XRD结果表明,处理后的纤维素的晶体结构未发生明显的变化.FT-IR表征结果显示处理后的纤维素表面生成了大量的羧酸基团.     

纤维素的高分子化学转化及其变性的研究——ⅩⅤ.纤维素在高铈盐溶液中的氧化动力学和氧化部位

从高铈盐水溶液分解动力学角度进一步确定了反应体系的光敏性质。 从水解纤维素、纤素二糖、二醛基纤维素、葡萄糖、葡萄糖甲甙等纤维素模型化合物在高铈盐溶液中的氧化动力学,确定了作为含有多种官能团的高聚物纤维素的氧化动力学方程式是: -(d[Ce~(4+)]/dt)=(k_Ⅰ[Ⅰ]_0+k_Ⅱ[Ⅱ]_0+k_Ⅲ[Ⅲ]_0+……)[Ce~(4+)]其中,[Ⅰ]_0、[Ⅱ]_0和[Ⅲ]_0分别为纤维素中第1、2和3官能团的初始浓度。k_Ⅰ、k_Ⅱ和k_Ⅲ分别为它们的反应速率常数。 不同模型化合物中相同官能团速率常数的对比,确定了速率常数的归属。k_Ⅰ、k_Ⅱ分别为巨分子端基环上的潜醛基和 5、6-乙二醇单元的反应速率常数。证明在纤维素巨分子中至少有三个氧化反应部位。 纤维素巨分子经高铈盐氧化时,每个潜醛基或5、6-乙二醇单元各消耗二个高铈离子,最后都转变为醛基。在消耗一个高铈离子时,可以生成中间络合物——巨分子自由基。自由基位于末端基环的第2位和第5位碳原子上。 第三反应部位位于中间基环上,其反应速率常数虽小,但由于含量很多,故其反应速率不容忽视。第三反应部位的精确位置现尚无法肯定。 用高铈引发所得共聚物主链没有明显的裂解,自由基的可能位置表明它可能是接枝-嵌段复合共聚物。