《納米纖維素-聚合物複合粒子凝膠體系構築與性能研究》是依託北京林業大學，由楊俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米纖維素-聚合物複合粒子凝膠體系構築與性能研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：楊俊
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以纖維素為原料製備功能複合材料是發展可持續化學和實現農林生物質高值化利用的重要內容。本項目以納米纖維素表面接枝聚合物鏈段並形成具有核-殼結構的納米纖維素-聚合物複合粒子為基本單元、製備具有一定力學強度的凝膠材料為目的，擬選擇不同結構的納米纖維素和調控高分子鏈拓撲結構等手段來獲得具有不同界面作用的複合粒子。實現以納米纖維素為交聯點和界面作用共同引導粒子有序締合併凝聚形成穩定的交聯網路，研究粒子自組裝過程中界面相互作用和聚合物鏈段構象等因素對凝膠化動力學和材料力學性能的影響。從理論和實驗上分析納米纖維素在基體應力傳遞中的角色，分別澄清粒子在凝膠化過程中長程纏結與溶膠-凝膠相變和納米纖維素對界面分子鏈運動束縛與力學增強之間的關聯效應。揭示凝膠化驅動力和納米纖維素增強機理並開拓纖維素基高強度凝膠材料新的製備方法，為豐富納米纖維素增強聚合物理論提供有特色的研究方向並形成原創性成果。
結題摘要
以纖維素為原料製備功能複合材料是發展可持續化學和實現農林生物質高值化利用的重要內容。本項目以納米纖維素表面接枝聚合物鏈段並形成具有核-殼結構的納米纖維素-聚合物複合粒子為基本單元、製備具有一定力學強度的凝膠材料為目的，擬選擇不同結構的納米纖維素和調控高分子鏈拓撲結構等手段來獲得具有不同界面作用的複合粒子。實現以納米纖維素為交聯點和界面作用共同引導粒子有序締合併凝聚形成穩定的交聯網路，研究粒子自組裝過程中界面相互作用和聚合物鏈段構象等因素對凝膠化動力學和材料力學性能的影響。通過調控纖維素酸水解條件，獲得了一系列長徑比和表面電荷數量可控的納米纖維素材料，並由此與凝膠前體結合形成納米凝膠粒子。通過外場調節引導凝膠粒子有序形成具有層級結構的凝膠網路，並由此獲得具有優異力學性能的凝膠材料（拉伸強度＞350 kPa,斷裂伸長率＞1800%）。通過對具有不同交聯結構的凝膠材料界面結構特徵的分析，總結凝膠微觀網路結構演變與巨觀能量耗散相互關係，為明確界面作用在應力傳遞和裂紋演化過程中的作用提供新的視角。構建巨觀-介觀-微觀多尺度關聯測試體系，即巨觀上測量不同時間尺度下應力-應變行為、介觀上通過電鏡觀察納米纖維素/聚合物界面形貌及納米纖維素取向分布、微觀上採用拉曼光譜研究纖維素對載荷回響等微觀力學行為，將巨觀力學行為、介觀形貌和微觀應力載荷回響等不同尺度實驗結果進行關聯，分析具有複雜層級結構的納米纖維素增強凝膠材料力學性能，為最佳化凝膠材料微觀結構、預測凝膠材料巨觀力學性能提供可靠的理論依據，豐富軟物質材料凝聚態本構關係理論。本項目研究內容涉及化學、物理學、力學和材料科學等多個學科領域，是對高分子軟物質凝聚態結構演變過程、複合物界面作用及應力作用下能量耗散等重要科學問題的有益探索。
