纖維素是地球上最豐富的生物有機原料,具有來源豐富、生物可降解和環(huán)境友好等優(yōu)點。然而由于分子內(nèi)和分子間氫鍵的存在,導致了纖維素不溶于水和常見的有機溶劑,溶解性差的缺點限制了纖維素在諸多領域的應用。因此通過對纖維素進行化學改性,提高其在常規(guī)溶劑中的溶解性,并賦予纖維素光致變色的功能來拓展其應用領域已勢在必行。基于上述研究思想,本論文的研究內(nèi)容主要包括以下三方面。首先,利用棉漿纖維素作為原料與2-溴-2-甲基丙酰溴反應來制備大分子引發(fā)劑,通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合在纖維素主鏈上接枝上分子結(jié)構不同的柔性鏈,制備了六種具有不同支鏈結(jié)構的纖維素接枝共聚物。FT-IR、1H NMR和XPS測試結(jié)果表明產(chǎn)物已經(jīng)被成功制備。溶解性的測試表明所制備的產(chǎn)物相比于純的纖維素具有較好的溶解性,可以在常見的有機溶劑中溶解。TG和DSC曲線表明產(chǎn)物具有良好的熱穩(wěn)定性。其次,通過酯化反應將螺吡喃類光致變色材料以共價鍵的方式引入到纖維素主鏈上,再利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術制備了四種具有光致變色功能的纖維素接枝共聚物。FT-IR和1H NMR測試結(jié)果表明目標產(chǎn)物已經(jīng)被成功制備。紫外和熒光測試表明所制備的樣品具有良好的光致變色功能,在一定波長的紫外光激發(fā)下可以實現(xiàn)不同顏色的轉(zhuǎn)變。最后,將上述制備的具有光致變色功能的纖維素接枝共聚物配制成一定質(zhì)量濃度的鑄膜液,利用非溶劑致相分離法(NIPS)制備出具有光致變色功能的纖維素膜。通過顯微鏡觀察所制備纖維素膜的表面形貌。紫外測試表明所得到的纖維素膜在紫外光激發(fā)下可實現(xiàn)不同顏色的轉(zhuǎn)變。機械性能分析表明纖維素膜具有一定的力學性能,這為其在不同領域的廣泛應用提供了較好的基礎。
【學位單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ317
【部分圖文】：

１．２纖維素的改性??１．２．１纖維素改性的概述??從纖維素的結(jié)構式（圖１－１）可以看出纖維素中含有大量的－ＯＨ官能團，但??是由于受到纖維素堆砌排列結(jié)構的影響，纖維素只有部分羥基暴露在外面，其他??的羥基都被包含在纖維素晶層之間和纖維晶層內(nèi)部。這部分羥基很難參與反應，??對纖維素進行改性，主要是針對表面的羥基來反應的。纖維素由于它的結(jié)構問題??使的非常難溶解［１８］。溶解性差以及高化學惰性阻礙了纖維素在諸如生物醫(yī)學和??化學分析等若干領域中的進一步應用［１￣２１］。事實上，為了克服這些缺點，許多??研究人員己經(jīng)對纖維素進行了化學改性，主要是對纖維素分子中的羥基的化學改??性，通過酯化［２２］，醚化ｐ３］或接枝共聚［２４］作用改變葡萄糖單元上的羥基與一些活??性基團或官能團分子，從而提高其功能性。??Ｉ?＼??ＯＨ?｜?ＯＨ??ＣＨ２?

致變色化合物，這是一類很經(jīng)典的光致變色材料。??１．３．３光致變色的原理??光致變色的機理如圖１－２所示，具有一種特定的顏色的化合物Ａ，在一定波??長光源的照射下進行特定化的化學反應生成化合物Ｂ，Ａ與Ｂ具有不同的能級結(jié)??構，它們能夠吸收光的波長不同，Ａ與Ｂ的最大吸收波長具有明顯的差異，物??質(zhì)Ｂ具有另一種顏色，而物質(zhì)Ｂ在另一波長的光照射下，又可以恢復到原來的??形式Ａ，而且該化合物的結(jié)構可隨光照不同發(fā)生可逆變化，顏色也隨之發(fā)生可逆??變化。這種由于不同波長光的照射而使物質(zhì)的結(jié)構發(fā)生可逆變化，并在宏觀上表??現(xiàn)為顏色不同的現(xiàn)象即為光致變色現(xiàn)象［５１］。??ＪＫ＇——＾￣￣－Ｂ??ｈｖ２?ｏｒ?Ａ??圖１－２光致變色反應示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??其典型的紫外－可見吸收光譜和光致變色反應原理［５２］可用圖１－３來定性描述：??Ａ?Ｂ??“Ｉ?Ｉ??ｍ?ｒｆ??樣??—Ｉ?１?＾??Ｘ２?Ｘ／ｎｍ??圖１－３光致變色反應的吸收光譜示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３?Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??在圖１－３中，化合物Ａ最大吸收波長是ｈ，化合物Ｂ的最大吸收波長為入２。??當使用波長為ｈ的光激發(fā)時，化合物Ａ會在結(jié)構上發(fā)生可逆變化生成化合物Ｂ，??在紫外可見光譜上表現(xiàn)為化合物Ａ的吸收峰的強度減弱

?１飛＝＾?以中?ｍｎｏ２??Ｒ??圖１－８含生物大分子的螺吡喃的光致變色反應（其中Ｒ＝聚谷氨酸、聚賴氨酸、香豆素、纖??維素、單糖、蛋白質(zhì)及半刀都球蛋白）??Ｆｉｇｕｒｅ?１－８?Ｐｈｏｔｏｃｈｒｏｍｉｃ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐｉｒｏｐｙｒａｎｓ?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?（Ｒ?＝??ｐｏｌｙｇｌｕｔａｍｉｃ?ａｃｉｄ，?ｐｏｌｙｌｙｓｉｎｅ，?ｃｏｕｍａｒｉｎ，?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ｍｏｎｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ，?ｐｒｏｔｅｉｎｓ，?ａｎｄ?ｈｅｍｉｇｌｏｂｉｎ）??（４）可變色織物??在一些聚合物中引入光致變色材料，可以制備顏色可變和具有可反復擦寫功??能的織物或者紙張。如圖１－９所示，山東大學利用無機光致變色材料Ｗ０３，摻雜??到聚合物中，通過靜電紡的方法制備了可以重復利用的可變色織物，所制備的光??致變色織物具有響應速度快、循環(huán)利用性高、并且環(huán)保方便等優(yōu)點［６１］。光致變??色材料還可以用于制備光化學傳感器、變色眼鏡和全息攝影材料等眾多領域。??ｍｅｍｂｒａｎｅ?＼§德??１）Ａ?Ｉ?２）ＵＶ??ｅｒａｓｅ?Ｘ?ｗｒｉｔｅ??１）Ａ?１）?ｏ
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本文編號：2885958