[00115543]离子液体法纤维素/纳米二氧化硅复合材料的制备与性能研究

“近年来,随着石油等不可再生资源的日益枯竭,迫使人们的注意力转到可再生资源上。而纤维素作为自然界中储量最大的天然高分子聚合物,对其有效合理的利用是解决今后人类所面临的资源环境问题的一条有效途径。随着人们对纤维素材料的热稳定性能、多功能性、环保性和耐久性的要求日益提高, 对高性能纤维素材料的制备和研究成为当前纤维素研究的重要课题之一。本项目进行的是纤维素纳米复合材料的制备和性能研究,主要应用于高性能纤维素材料领域。纳米复合材料是由无机纳米填料和有机材料结合而成的高性能复合材料,可以制备出综合性能优异的高分子基复合材料。技术原理是利用离子液体既是纤维素的良溶剂,又是nano-SiO2的良好分散剂,同时克服纤维素溶解和纳米粒子的分散问题,大大简化了工艺流程,研究了体系的相行为和流变学,并对复合材料的结构和性能进行了深入研究,为制备高性能的纤维素纳米复合材料提供理论指导。 自本工作开展以来,均按计划进行实施,到目前已经发表论文4篇, 4篇均在SCI源刊上发表,1篇论文已被接收,正在出版中。根据项目任务合同书所规定的研究任务,我们主要从以下几方面进行了研究： （1）nano-SiO2在离子液体中的分散和纤维素/nano-SiO2/离子液体溶液的制备,以及复合离子凝胶的导电性能、力学性能、热稳定性能研究。 （2）纤维素/nano-SiO2/离子液体溶液的相行为和流变性能研究,如体系粘度与温度、剪切速率和浓度的关系曲线。 （3）通过溶液湿法纺丝和流延法制备纤维素/nano-SiO2复合材料并进行性能研究,如复合材料的热稳定性能、力学性能以及亲水性能等;研究复合材料的热性能、物理性能等与组成的关系。解决的关键科学问题有： 1. 同时实现了纤维素在离子液体中的溶解和 nano-SiO2在纤维素/离子液体溶液中的良好分散,最终实现了纳米颗粒在纤维素基体中的良好分散。 2.开展了纤维素/ nano-SiO2/离子液体溶液复杂体系的相行为和流变性能研究,并研究了溶液体系溶液-凝胶相的转变机理,为获得高性能纤维素复合材料提供了实验方法和理论指导。 成果的创新性、先进性 1.本项目选用离子液体作为溶剂和分散剂,既解决了纤维素溶解困难和传统的纤维素溶剂都存在易挥发、环境污染严重、在实际应用中回收困难而且化学性质不稳定的缺点,又解决了nano-SiO2颗粒在体系中的分散问题,大大简化了工艺流程。 2. 首次将动态和稳态流变学方法相结合,得到了体系相转变、粘度与温度、组成、剪切速率的关系,明确了体系溶液—凝胶相转变的机理,为复合材料的加工提供了确切的工艺参数 3. 首次通过离子液体溶液湿法纺丝和流延法成功制备了高性能纤维素/ nano-SiO2复合材料,并明确了纳米复合材料的热稳定性能、力学性能以及亲水性能与组成和结构的关系,为制备高性能纤维素复合材料提供了新思路和理论。 作用和意义,所取得的社会、经济效益 本课题为应用基础研究,发展了纤维素纳米复合材料的制备方法,对于研究开发高性能纤维素材料具有重要意义。到目前已经发表论文4篇,且4篇都在SCI源刊上发表,另有1篇已接收,正在出版中。