短氟碳低聚物定向接枝纤维素的合成机理及其构效关系研究

Cellulose is one of natural, green, biodegradable biomaterials, which posses large reserves, renewable, and good biocompatibility. However, it needs to do the hydrophobic and oleophobic treatment in many fields.Conventional long-term fluorocarbons are currently being phased out because of environmental issues, and short fluorocarbon chains are used as substitutes for cellulose surface modification due to the better environmental friendliness.In this project,we firstly adopt a microemulsion polymerization method to prepare short fluorocarbon oligomers whose degree of polymerization is controllable, and then it is oriented and grafted onto cellulose by means of chemical bonds.The preparation of fluorine-containing raw materials has a low dosage and good interfacial bonding force.ATR-UV/Visible Spectroscopy is adopted to study the mechanism of polymerization of short fluorocarbon oligomers.The  influence of the synthesis condition on the structure of low - surface cellulose functional materials was investigated.Atomic force microscopy,contact angles test ,etc. characterization methods are adopted to study the Structure-activity relationship between short fluorocarbon configuration and mastoid structure and its low surface energy. In addition, the structural characteristics of the developed material and the structure-efficiency rule for achieving a low surface energy effect were applied to the preparation of more new materials.This project can provide new scientific ideas for the synthesis of high-performance cellulose derivatives. The development of functionalization and application of expanded cellulose has practical significance for the implementation and promotion of the Western Development Strategy.

纤维素是天然、绿色、可降解的生物材料，具有储量大、可再生、生物相容性好等特点，但在很多应用领域中需要采取疏水、疏油的处理措施。常规长氟碳化合物因为环保问题趋于淘汰，短氟碳链以较好的环境友好性而成为其替代品应用于纤维素表面改性。本研究采用微乳液聚合法，制备聚合度可控的短氟碳低聚物，再将其定向接枝到纤维素的C6位上，制备含氟原料用量较少、界面结合力较好的低表面能纤维素功能材料。通过衰减全反射-紫外/可见光谱技术等分析手段，研究短氟碳低聚物的聚合机理。探索低表面能纤维素功能材料合成条件对其结构的影响规律。结合AFM及接触角等表征手段，考察材料短氟碳构型和乳突结构与其低表面能之间的构效关系，并将该开展材料的结构特征与实现低表面能效果的构效规律应用于更多新材料制备。该研究可为合成高性能纤维素基材产品提供新的科学思路。拓展纤维素的功能化开发与应用研究对于西部大开发战略的实施与推进有现实的促进意义。

纤维素是天然、绿色、可降解的生物材料，具有储量大、可再生、生物相容性好等特点，但在很多领域需要对纤维素进行疏水疏油转变以满足复杂的使用场景。常规长氟碳化合物因为环保问题趋于淘汰，并且功能性单一，无法进行亲水性和疏水性之间的智能转化。本研究通过制备一系列具有pH响应和温度响应的智能亲/疏水转化纤维功能材料，研究不同的pH条件或不同温度条件下材料的亲/疏水性能；同时采用微乳液聚合法，制备聚合度可控的含氟低聚物纤维功能材料。结果表明：在纤维素纳米纤维（TOCNF）上化学锚定聚乙烯亚胺，制备高氨基密度的pH响应性纤维素纳米纤维，该材料可实现超亲水-水下超疏油性与疏水-超亲油性的智能转变和对大肠杆菌、李斯特菌的智能响应（最大疏水角159.3°）；以TOCNF为基体，经过异丁酰化超支化聚乙烯亚胺（HPEI-IBAm），制备温敏性智能纤维材料（TOCNF-HPEI-IBAm）。TOCNF-HPEI-IBAm展现出智能温敏亲疏水转化性能，当升高至40 ℃及以上时，其表面由亲水性（WCA=76.0 ± 1.0°）转变为疏水性（WCA=142.4 ± 0.6°），且具有良好的再生性和稳定性；以TOCNF为基底，通过自由基接枝共聚制备了疏水性纳米纤维素（DFNC），DFNC展现出了良好的疏水性能（WCA =139.9°）和宽泛的pH适应性，同时保持了纳米纤维原本的强度和尺寸。这一研究旨在为纤维素基低表面能材料的构效关系提供了科学的支持。此外，本项目构建的纤维素非均相快速转化体系，攻克了传统木质纤维非均相改性反应物转化率低的问题，开发的木质纤维基吸附材料实现了水中低浓度多重金属的同步高效去除，课题组与广西大学研究生院博世科分院依托广西博世科环保科技股份有限公司科技搭建成果转化平台，新技术产品中试及生产性试验平台，开展产品的推广及应用。项目期间，开展了多个场地修复工程应用，经济效益累计超15亿元。项目组牵头起草并发布相关标准5部，获授权发明专利30项，发表国内外期刊学术论文100余篇（SCI收录50篇）。培养了研究生26名，其中2人获得博士学位，8人获得硕士学位，很好的达成了本项目的预期成果。