论文部分内容阅读
木质素是自然界中含量极其丰富的可再生资源,木质素基高值化产品具有广阔的潜在应用价值。将木质素进行改性,制备木质素-液晶复合材料,研究其涉及的科学问题和工艺技术,具有重要的理论意义和应用价值。主要研究成果如下:木质素分子中大量的羧基和酚羟基可以与偶氮吡啶衍生物中的吡啶基形成氢键,制备出氢键超分子聚合物(ACL-AzPy14)。并用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对超分子聚合物进行结构表征:FT-IR谱图中ACL-AzPy14在2490 cm-1、2050 cm-1、1967 cm-1处出现了氢键的特征峰;利用差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)及X射线衍射(XRD)对ACL-AzPy14的液晶性能进行探索:由于木质素分子的刚性太强,超分子聚合物无法进行有序排列。木质素与偶氮吡啶衍生物通过氢键自组装和层层自组装在水表面可以形成两亲性薄膜,利用水接触角对薄膜的亲疏水性质进行测试得:水面一侧表面的水接触角为70.3o,空气一侧表面的水接触角为109.8o。以天然高分子木质素为原料,通过亲核取代反应将木质素改性成为大分子引发剂,引发偶氮苯单体的原子转移自由基聚合(ATRP),得到一系列木质素基光响应聚合物。接枝后的木质素的热稳定性明显改善,且平均接枝率达到72.8%时可以表现出液晶行为。小角X射线散射(SAXS)和偏光显微镜(POM)的结果表明所形成的液晶相为近晶C型,层间距为3.21nm。在此基础上,用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对木质素基液晶聚合物的光响应性进行研究,发现溶液中的光响应性比膜状态的光响应速率快。在紫外光的辐照下,木质素基液晶聚合物表现出快速地光致液晶-各向同性相相转变行为。自愈性软物质材料在延长材料使用寿命方面的能力引起了研究学者的关注。木质素接枝聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和小分子室温液晶5CB制备的液晶复合凝胶在掺杂氧化石墨烯和偶氮苯衍生物等添加剂的条件下能够有效的利用不同波段的光修复材料表面的裂痕。在紫外光照射下,偶氮苯衍生物的顺反异构与液晶主体5CB相转变的光致分子协同作用使得凝胶发生凝胶-溶胶相转变,凝胶表面的裂痕被自动修复。另一方面,氧化石墨烯作为纳米光源掺杂在液晶复合凝胶中;在可见光或近红外光的照射下,由于氧化石墨烯的光热效应,凝胶的温度升高,凝胶发生凝胶-溶胶相转变以此达到裂痕被自动修复的效果。此外,近红外-可见光-紫外光响应的液晶凝胶在光化学和光热效应的共同作用下表现出良好的太阳光自愈性能。更重要的是,太阳光下具有自愈性能的凝胶表现出与其他液晶材料相同的各向异性和取向性,这使得具有较长使用寿命的凝胶有更为先进的应用。