摘要
天然木质纤维材料是全球最丰富的天然可再生资源，具有可降解性、环境友好等优点，有广泛的应用前景，如半纤维素功能薄膜、纤维素水凝胶、木质纤维素复合气凝胶等。然而，当下已研发的半纤维素基复合膜材料的功能性较为单一且未能获得充分的实际应用。针对此问题，本研究采用简便、快速及绿色的方法，设计并构建了一系列半纤维素基多功能复合材料。半纤维素基多功能复合材料是以再生纤维素、半纤维素为基质，多种有机、无机物质为填充的多功能复合材料。研究了半纤维素基多功能复合材料的功能机理，对不同条件下制备的复合膜性能进行了表征，实现了在多领域的应用。论文的主要研究工作包含以下两个方面： （1）采用碱-尿素溶液体系，在-80℃条件下冷冻解冻三次，将针叶木纤维素与稻草半纤维素溶解，使用40%乙醇溶液使纤维再生实现溶液-溶胶-凝胶的转换，形成基底层，在其表面使用羧甲基纤维素钠将二维金属碳化物MXene复合形成导电层，再将利用仿生荷叶表面突触结构修饰的低表面能物质PDMS复合形成疏水层。扫描电镜（SEM）结果显示，经过碱-尿素处理后的纤维素-半纤维素膜具有十分致密的三维网状结构，且表面出现类似于荷叶表面结构的突触。红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）、X-射线衍射（XRD）结果证实了半纤维素基复合膜的成功制备以及内部动态共价键的成功键合。机械拉伸测试表明，CHMP复合膜的断裂应力可达125MPa。疏水性能测试表明，复合膜接触角可达135°，且在240s保持于110°。CHMP复合膜优异的电测屏蔽性能及光热/电热加热性能使得其能应用于户外电子器件的保护，不仅较快的除去电子器件表面由于天气寒冷产生的冰层，还能屏蔽器释放的电磁波，减少对人体的伤害。 （2）先利用8%KOH碱溶液抽提吊丝竹半纤维素，再使用针叶木纤维素、吊丝竹半纤维素和MXene，并且浸泡在使用木聚糖酶处理后的吊丝竹纤维素碱溶液中制备了具有较高拉伸性能和紫外屏蔽性能的CHLM复合膜。碱-尿素体系将纤维素与半纤维素溶解再生，形成致密的复合膜，并在此基础引入了仿生的“砖-水泥”结构增强其力学性能。经由SEM、FT-IR以及XPS证实，木聚糖酶对吊丝竹半纤维素的成功作用。机械测试结果表明，特殊的“砖-水泥”结构使得断裂应力达到110MPa。疏水性能测试表明，复合膜接触角可达95°。此外，紫外光屏蔽性能测试数据显示，CHLM复合膜对UVB的阻隔性能为91.42%，对UVA的阻隔性能为89.76%，能够较大程度上屏蔽紫外线。 总之，本论文针对半纤维素等天然纤维材料为基底制备的复合膜的性能单一的点，利用稻草半纤维素与吊丝竹半纤维素绿色生物材料制备了具较强机械拉伸性能、疏水性能、电测屏蔽性能及紫外光屏蔽性能于一体的多功能复合膜材料。将其应用于户外电子设备的保护、柔性电子传感器等领域，实现了利用天然高分子半纤维素作为复合膜增强材料在多功能复合膜方面的制备和应用，增加了半纤维素高附加值利用的潜力。
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