疏油/亲水功能自转换纤维素筛的分子组装机理及其结构调控

纤维素分子链两侧具有特殊的天然化学结构，如何对其进行分子修饰和功能化组装制备两性功能材料是当前纤维素化学研究的前沿问题。本研究以离子液体全溶解的纤维素分子链为主链骨架，采用立体选择功能组装方法将疏油/疏水性1,1-2H-全氟醇[(CF3(CF2)nCH2OH);n=2,6]或亲水性甘醇酸钠基团分别引入在纤维素分子链两侧C2，C3和C6上，注射纺丝并组装纤维筛，实现随外界环境（油/水）发生变化时纤维筛有不同的功能表达，目的是揭示离子液体中立体选择功能组装纤维素分子链的制备机理及纤维筛功能自转换的反应机制。重点研究：（1）离子液体中纤维素分子链立体选择功能化组装的反应机理及其影响规律；（2）纤维筛组装、结构调控与功能自转换的反应机制。本研究的科学意义在于将离子液体中纤维素分子链立体选择功能组装方法引入到两性功能材料的制备中，从"分子设计"到"材料宏观"对纤维筛结构调控，以实现纤维筛功能自转换。

该研究在国家自然科学基金的大力资助下，项目研究和经费使用基本按照原定的项目计划扎实和很好地执行，圆满完成了预期的项目工作内容和研究目标；依托项目资助，发表SCI论文8篇，EI论文1篇，国际会议论文1篇，受SCI期刊Current Organic Chemistry的邀请，撰写专刊1期并发表1篇综述性论文。申请国家发明专利3件；培养1名博士研究生、4名硕士研究生和3名本科生，讲授2门全日制硕士研究生选修课程。.设计和合成了AAIMCl和RTCoILs和EMIMMeOPO2H等新型离子液体，对其相关的物理化学特征及溶解纤维素的能力差异及机理进行了重点研究，取得了重要的研究成果；对上述制备离子液体作为纤维素三苯甲基立体选择性均相改性的介质进行对比分析，认为离子液体是一种优秀的反应介质，但对离子液体的选择性高，BMIMCl和AMIMCl能促进纤维素三苯甲基化反应，而EMIMMeOPO2H无法实现；纤维素三苯甲基化反应主要选择C6-OH，极少部分出现在C2-OH，通过盐酸法基本完全脱除三苯甲基基团（DS=0.01）；研究发现但纤维素三苯甲基取代度较高时（DS≥1.0）产物的结晶度和002晶面尺寸会增加，且形成新的由π-π共轭效应构建的结晶结构；通过6-O-三苯甲基纤维素可实现在C2,C3-OH键合ClCH2COONa和CF3CF2COOCl，但C2,C3-OH被氟化后难以脱除三苯甲基基团；通过多次反复实验获取了最终产物6-O-七氟四丁酸-2,3-O-乙酸纤维素酯最终产物；产物片材表面疏油测试接触角为106o，表现出较好的疏油特性，且接触角稳定性极好；水滴在产物表面的接触角度随时间的增加，由开始的103o降低至 73o，表现刚开始的疏水性转变为亲水特性。产物片材通过XPS扫描入射角550在湿润后其表层CF3，CF2和F/COOH比值降低，表明在在外界水分子作用下，材料内部亲水性COOH基团向表层迁徙，而疏油疏水性的基团迁徙至深层部位，而这种机制通过XPS入射角00发现产物片材湿润后的 CF3，CF2和F/COOH比值增加的现象得以论证。实验充分揭示了最终反应产物在疏油/疏水-亲水功能自转换的反应机制和物理、化学的过程，实现了预期的研究核心目标。在本项目研究当中我们获取了一些重要的创新性成果和新的发现，同时也收获了一些经验和教训，为我们后期研究或他人开展同领域的研究工作提供有价值