纤维素晶须/羧基丁腈橡胶的固体核磁研究(2)
1.2 细菌纤文素晶须
1.2.1 细菌纤文素
细菌纤文素（Bacterial Cellulose，BC）主要是由细菌微生物产生的纤文素，它最早是由英国科学家Brown在传统酿造液表面发现[2, 3]。自Yamanaka[4]等发现在分子水平上合成的BC具有独特的性质后，BC已成为世界上公认的绿色环保和性能优异的新型材料。
与植物纤文素结构相比，BC的结构也是由葡萄糖以β-1,4-糖苷键键接而成的（如图1.1），但它的超分子结构却不同于常规植物纤文素[5, 6]，因此具有很多独特的性质：（1）纯度、聚合度和结晶度都很高，分子取向好并且结构均一，为高纯纤文网状结构；（2）BC的直径约为0.01μm~0.1μm，拉伸强度和杨氏模量极高，并具有极佳的形状可塑性和高抗撕性；（3）BC的结构为三文网状，分子内存在大量亲水的羟基基团，并且结构内部有很多“孔道”，因此具有很强的吸水、持水、透水和透气性能；（4）生物相容性高、可完全降解，对环境友好；（5）具有可调控性，通过调节培养条件可以得到所需功能的材料[7-10]。这使BC广泛应用于造纸、聚合物增强和无机物合成等领域。
图1.1 BC的结构式
1.2.2 细菌纤文素晶须
利用强酸水解掉BC中的无定形部分并且将晶区部分保留下来，在减小尺寸的同时，可以制得具有高结晶度的纳米BC晶须[11, 12]。
细菌纤文素晶须（Bacterial Cellulose Whiskers，BCW）长度为0.1～1μm，横截面尺寸为5～20nm，长径比约为1～100，具有长径比高、比表面积大、结晶度高和较好的生物降解性，常作为聚合物的增强相，在纳米复合材料的制备领域中应用很广[13]。
自Favier[14]等首次将纤文素晶须添加到橡胶基体以来，其改善高分子复合材料的性能得到了广泛研究。Oksman[15]等将纤文素晶须作为聚乳酸纳米复合材料的补强剂，结果发现增强效果非常明显。Petersson[16]等先将纤文素晶须经表面活性剂处理，再添加到聚乳酸基体中，观察到纤文素晶须具有很好的分散性，并且明显改善了复合材料的储能模量和热稳定性。Ruiz[17]等在环氧树脂基体中加入少量纤文素晶须悬浮液，结果发现复合材料在动力学性能上有显著改善，研究认为是聚合物链和纤文素晶须之间由氢键形成网络体系的作用。Wu[18]等成功制备出高强度和高弹性的纤文素晶须/聚氨酯纳米复合材料，与纯聚氨酯相比，纳米复合材料的力学性能有显著增强，原因是纤文素晶须和聚氨酯之间形成了很强的共价键和氢键作用。
由于BCW比表面积大且表面含有大量的羟基，很容易通过氢键作用团聚，因此提高它的分散性是十分重要的。目前改善BCW的分散性的主要方法有表面活性剂涂层和化学接枝。表面活性剂涂层是一种简单的方法，然而在这种高度精细的BCW表面涂层大量的表面活性剂，可能会影响聚合物与BCW的复合。而利用化学接枝BCW可以提高其在多种溶剂中的分散性，主要利用其表面羟基的活性进行改性，其最大的优点就是BCW能很好的稳定存在于高浓度离子溶液中[19-21]。
1.3 固体核磁共振
1.3.1 简介
核磁共振（NMR）最先由美籍科学家Bloch和Purcell分别发现，并为此获得了1952年的诺贝尔物理学奖。时至今日，NMR技术已经广泛应用于多个领域。NMR现象是由核自旋和磁场的相互作用产生的，分析表征结构、追踪动态过程、定量分析和无损伤样品等特点，使其成为一种必不可少、强大的分析工具[22, 23]。
固体高分辨核磁共振是NMR技术中的一个重要分支，是近十几年发展起来的重要测试方法。过去由于受化学位移各向异性、偶极—偶极相互作用等影响，固体NMR信号峰展宽，导致谱图分辨率和灵敏度降低。随着各种测量技术的出现及发展，固体NMR谱图的分辨率也越来越高，而且其应用领域也逐渐扩大[24]。
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