基于皮克林乳液技术的剑麻纤维素纳米纤/聚合物复合材料的设计及其性能和机理研究

As a new environmentally friendly nano-material, nanocellulose has essential advantage and potential application in reinforcing polymer matrix composites. However, a key problem is to solve the problems such as the homogeneous dispersion of hydrophilic nanocellulose in hydrophobic polymer matrix, and the interfacial interaction of polymer and nanocellulose. In this project, the Pickering emulsion stabilized by sisal cellulose nanofiber (SCNF) in which hydrophobic polymer is introduced into the oil phase is used. By the gelation of the Pickering emulsion and the control of the process of polymer penetrating into cross-linked SCNF network, SCNF/polymer composites with interpenetrating structure of polymer and SCNF (INS-pS) are built. The effects of component and structure of Pickering emulsion gel, structure of cross-linked SCNF network, penetrating form of polymer and INS-pS on structure and properties of SCNF/polymer composite are well studied. The project is expected to realize the homogeneous dispersion of SCNF in hydrophobic polymer. Meanwhile, the forming mechanism of INS-pS and the effect mechanism of morphology and interfacial action of INS-pS on structure and properties of SCNF/polymer composite based on Pickering emulsion technique are revealed. The project can afford a new fabrication technique and theoretical research for the SCNF/polymer composites, and can further develop the application of Pickering emulsion technique.

纳米纤维素作为新一代环境友好纳米材料在增强聚合物基复合材料方面具有巨大的优势和应用潜力。而关键问题是要解决亲水性的纳米纤维素在疏水性聚合物基体中的均匀分散及其界面相互作用。本项目拟利用剑麻纤维素纳米纤（SCNF）稳定的油相中含有聚合物的O/W型的皮克林乳液，通过对乳液凝胶化和聚合物渗入SCNF交联网络等过程的调控，设计构筑具有互穿结构的SCNF/聚合物复合材料。研究皮克林乳液凝胶的组成和结构、SCNF的交联网络结构、聚合物的渗入过程、聚合物和SCNF网络的互穿结构对所得复合材料的结构和性能的影响；实现SCNF在疏水性聚合物基体中的均匀分散；揭示聚合物与SCNF的互穿结构的形成机理，以及互穿结构的形态和界面相互作用影响SCNF/聚合物复合材料的结构和性能的作用机理。本项目的实施有望为纳米纤维素增强聚合物基复合材料提供新的技术方案和理论基础研究，进一步拓宽皮克林乳液技术的应用领域。

纳米纤维素作为新一代环境友好纳米材料在增强聚合物基复合材料方面具有巨大的优势和应用潜力。本项目针对亲水性的纳米纤维素在疏水性聚合物基体中的均匀分散问题，通过剑麻纤维素纳米纤（SCNF）稳定的油相中含有聚合物的O/W型皮克林乳液的凝胶化、以及对聚合物渗入SCNF交联网络过程的调控，来构筑具有互穿结构的SCNF/聚合物基复合材料。通过本项目研究，我们构建了高性能和高透明的CNF增强的聚合物基复合材料，解决了SCNF在聚合物中的分散问题，揭示了聚合物与SCNF互穿结构的形成机理，建立了基于Pickering乳液技术的聚合物与SCNF的互穿结构形态及其界面相互作用等对改善SCNF/聚合物复合材料的结构和性能的作用机制。另外，在SCNF稳定的Pickering乳液凝胶的形成的基础上，进一步拓展了其在构建功能高分子复合材料或器件（光热转化和电磁屏蔽或吸波材料）的基础研究和应用，为Pickering乳液技术制备聚合物基复合功能材料开拓了新的研究方向。目前，部分研究成果已发表论文9篇。其中SCI收录论文5篇（影响因子大于3.0的有2篇，大于7.0的有2篇），EI收录论文3篇；还有部分研究成果正在整理和撰写中。这些成果将将对推动纳米纤维素的进一步开发利用、基于Pickering乳液技术制备高性能和多功能复合或杂化材料研究的新一轮发展产生积极意义。同时，在本项目的资助下，申请中国发明专利6项，其中授权专利1项，会议论文3篇；培养已毕业硕士研究生4人，在读硕士研究生2人。建立了一支在Pickering乳液构筑聚合物基复合材料方面具有一定特色、年轻勤奋和具有良好团队精神的科研团队。