结构可控纳米纤维素基复合相变储能材料特性控制机制研究

以制备结构可控的纳米纤维素方法优化和分散溶解性难题为切入点，以造纸厂草浆纤维、木浆纤维和市售纤维素为对比原料，经真空干燥预处理、酸水解，同时超声波辅助、优化选择催化助剂，优化制备尺度、形态、结构可控的纳米纤维素（NCC）。通过现代分析仪器表征分析后，进一步利用制得的不同聚合度、形态、结构的NCC与聚乙二醇/聚乙烯醇接枝共聚，尝试添加另外三种导热、抗菌、磁性荧光功能组分，分别制备3种具有高导热，抗菌、磁性荧光功能的纳米纤维素基复合相变储能材料，研究分析纳米纤维素的结构控制影响因素与NCC/PEG/PVA相变行为、热稳定性及形态结构间的相互影响机制，探求反应关键控制条件，测试、分析结构与功能平衡可控的机制，为其在纺织、蓄热建筑领域的应用进行基础性研究，具有应用潜力。

以制备结构可控的纳米纤维素方法优化和分散溶解性难题为切入点，以造纸厂草浆纤维、木浆纤维和市售纤维素为对比原料，经真空干燥预处理、酸水解，同时超声波辅助、优化选择催化助剂，优化制备尺度、形态、结构可控的纳米纤维素（NCC）。通过现代分析仪器表征分析后，进一步利用制得的不同聚合度、形态、结构的NCC分别与聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇复合，制备具有抗菌、磁性、荧光功能的纳米纤维素复合材料。研究分析纳米纤维素的结构控制影响因素与NCC/PEG相变行为、热稳定性及形态结构间的相互影响机制，探求反应关键控制条件，测试、分析结构与功能平衡可控的机制。研究结果表明酸水解纤维素原料可以制备质量分数约1%的纳米纤维素胶体悬浮溶液。通过改性纳米纤维素的制备可以提高纳米纤维素的分散性和溶解性。纳米纤维素尺寸稳定性受原料来源、制备方法及工艺参数的影响较大，现有方法制备的纳米悬浮液中包含有多种尺寸，乙酸等化学试剂预处理不同来源的纤维素原料或间硝基苯磺酸钠(SMS)等助催化有助于制备尺寸分布较均一的纳米纤维素。纳米纤维素制备工艺条件优化主要受纤维素原料来源、优化制备工艺条件设定值、纳米纤维素干燥方法不同引起的得率计算差异、纳米纤维素的均一性等因素影响。硫酸水解微晶纤维素或芦苇浆或桉木浆等制备纳米纤维素，或超声辅助酸水解芦苇浆或竹浆制备纳米纤维素，微波辅助酸水解芦苇浆制备纳米纤维素，催化剂（氯化铜或间硝基苯磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠或硫酸铜等）助催化酸水解法等制备的纳米纤维素均呈棒状，为纤维素Ⅰ型。基于溶胶-凝胶技术或碱处理芦苇浆等可制备出纤维素Ⅱ型的纳米纤维素。纳米纤维素/聚乙二醇相变储能气凝胶的制备及其性能研究结果表明所制备的纳米纤维素/聚乙二醇（PEG-4000）气凝胶的相变焓值可达128.1 J/g。研究结果表明聚乙二醇（PEG-10000）木材复合相变储能材料，最大相变焓值为43.22 J/g；多孔纤维素/聚乙二醇（PEG-4000）相变粉体，相变焓值可达95.53 J/g。以纳米纤维素为模板，自组装聚乙二醇等相变组元，制备得到的纳米纤维素复合相变储能材料在相变过程中因其多孔纳米效应可防止聚乙二醇等相变材料在相变过程中的析出，且纳米纤维素是以分子间或分子内的弱相互作用维持其特定结构的软模板，后期模板去除也较方便。纳米纤维素复合相变储能材料尤其在隔热、隔音等建筑材料领域具有潜在的开发价值。