论文资料：海鞘纤维素的制备及其性能.doc

精品文档 免费阅读 免费分享 如需请下载！海鞘纤维素的制备及其性能张丽红，宋广杰，朴光哲*青岛科技大学，橡塑材料与工程教育部重点实验室，青岛，266042本论文从柄海鞘的被囊中成功地制备了纳米纤维素，并通过偏光显微镜(Polarizing Optical Microscope, POM)、红外光谱仪(Infrared Spectroscope, IR)、原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM) 对其形貌、结构和溶致手性液晶行为进行了初步研究。研究结果表明，所制备的海鞘纤维素样品粉末几乎为I晶型；海鞘纳米纤维素为棒状结构，直径均匀，平均直径约为30nm，长度在200nm-2m之间，具有长度多分散性。同时发现，当海鞘纤维素悬浮液达到一定浓度后，可以自发地形成溶致胆甾型液晶，而且由于胆甾型液晶薄膜具有选择反射性，所以在自然光的照射下呈现彩虹颜色。关键词：海鞘 纳米纤维素 溶致胆甾型液晶 选择反射性国家自然科学基金（50773033; 50872060）和国际科技合作计划项目(2011DFA50430)资助。*通讯联系人。海鞘纤维素的制备及其性能张丽红，宋广杰，朴光哲国家自然科学基金(50773033; 50872060)和国际科技合作计划项目(2011DFA50430)资助。*通讯联系人。青岛科技大学，橡塑材料与工程教育部重点实验室，青岛，266042关键词：海鞘 纳米纤维素晶体 溶致胆甾型液晶 选择反射1 前言纤维素来源广泛，不仅存在于高等植物的细胞壁中，而且在海洋动物海鞘的被囊中也发现了纤维素的存在。海鞘纤维素与植物纤维素相比较有许多独特性质，如前者的90%以上为I晶型，而且其结晶度高，而后者只有50-70%的I晶型。纳米纤维素在一定浓度下能自发形成胆甾型液晶（N*-LCs）1,2。N*-LCs具有优异的光学性质，如光学各向异性、双折射性、选择反射性等，因此有望用于防伪材料、装潢涂料、显示材料、反射型彩色电子纸等领域。目前国内仅有从海鞘中提取海洋药物成分的研究报道，而有关海鞘纤维素的研究鲜见文献报道。本课题率先以柄海鞘为原料提取纤维素，然后采用酸水解的方法制备纳米纤维素。并通过红外光谱仪（IR）、偏光显微镜（POM）、原子力显微镜（AFM）对其形貌、结构和溶致手性液晶行为进行了较系统的研究。2 实验部分将柄海鞘洗净后，解剖并丢弃其内脏器官，只留海鞘的被囊；然后用5wt%的氢氧化钾溶液浸泡12h，用去离子水洗至中性，再将其倒入盛有漂白液（1L蒸馏水、5ml乙酸和10ml次氯酸钠的混合溶液）的烧杯中在70下搅拌漂白6h，每隔2h换一次漂白液，上述浸泡漂白步骤重复进行4次；将得到的样品干燥、粉碎、过筛，就得到了海鞘微晶纤维素。将上述海鞘纤维素和60wt%的浓硫酸按1(g):17.5(ml)比例混合，并在50下搅拌反应5h后，稀释、终止反应；通过离心、透析除去悬浮液中过量的酸；然后超声悬浮液使其分散均匀；最后通过自然蒸发或聚乙二醇溶液渗透压来浓缩纳米纤维素悬浮液，使其达到一定浓度时就自发形成N*-LCs。3 结果与讨论3.1 IR表征图1为棉花纤维素(a)和海鞘纤维素样品(b)的IR谱图。从图1(a)可见，在3267、703cm-1处出现了I的特征峰，而在3240、750cm-1附近I型纤维素的特征峰不明显，表明棉花纤维素基本为I晶型，只含有极少量的I晶型3。同样，从图1(b)可见， 在3268、701cm-1处的峰为I的特征峰，而在3240、750cm-1附近未出现I型纤维素的特征峰，表明所制得的海鞘纤维素主要为I晶型。Fig. 1 IR spectra of cotton cellulose (a) and tunicate cellulose (b)3.2 POM表征50mFig. 2 POM image of the cellulose nanocrystalline suspension of the tunicate图2为纤维素悬浮液N*-LCs的偏光显微镜（POM）照片。从图2中可以观察N*-LCs所特有的指纹织构，并从指纹织构的相邻三个亮线的距离可以计算得到其螺距约为10m。由于N*-LCs具有选择反射性，使得N*-LCs干燥薄膜在自然光照射下呈现彩虹般漂亮的颜色，如图3所示。当视角发生变化时，胆甾型液晶薄膜将呈现不同颜色。 Fig. 3 Photos of the N*-LC films at different angle view 3.3 AFM表征图4为水解后的海鞘纤维素水的悬浮液的AFM图。从图4中可知酸水解后的海鞘纤维素为棒状结构，长度在200nm-2m之间，具有长度多分散性，其平均直径约为30nm。Fig. 4 AFM image of the cellulose nanocrystals of the tunicate综上所述，采用碱浸泡/漂白方法提取出来的海鞘纤维素样品粉末几乎为I晶型；通过酸水解的方法制备得到的海鞘纳米纤维素为棒状结构，直径均匀，平均直径约为30nm，长度在200nm-2m之间，具有长度多分散性；酸水解后的海鞘纤维素悬浮液当达到一定浓度后，可以自发地形成胆甾型液晶。致谢 青岛科技大学高分子科学与工程学院程惠蕾、刘鑫、张令娥、苏明、吴建芹同学参加了本课题的部分工作。参考文献1 Habibi Y, Lucia L. A, Rojas O. J, Chem. Rev., 2010, 110(6): 3479.2 张丽红，李健荣，宋广杰，朴光哲，木村史子，木村恒久，2010年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十一次全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告会)，会议论文集，p310-312，2010年8月23-26日，郑州.3 Sugiyama J, Persson J, Chanzy H, Macromolecules, 1991, 24(9): 2461-2466.Preparation and properties of tunicate celluloseLihong Zhang, Guangjie Song, Guangzhe Piao*Key Laboratory of Rubber-plastics, Ministry of Education School of Polymer Science and Engineering Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, ChinaAbstract: Cellulose nanocrystals were successfully prepared from tunicate (Styela clava). We investigated the morphology, structure and the behavior of the chiral nematic crystalline (N*-LC) phase transition by SEM, AFM, IR spectroscopy and polarizing optical microscopy (POM). The results indicated that the rod-like tunicate cellulose with about 30 nm in width and 200nm-2m in length belonged to I. It was also found that the suspension could spontaneously form the N*-LCs above a certain critical concentration. The N*-LCs could selectively re