【摘 要】
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作为变色材料一种,变色纤维具有优异的光学特性,并能够在产品标识中随机排列,仿制难度高,在防伪包装和智能包装领域具有广阔的应用前景。通过构筑多孔纤维材料,利用高比表面积及多孔隙的优点,将其作为载体负载光致发光材料,从而能够有效开发光致变色纤维。但是,如何设计一种环境友好、高比表面积、孔径可调的多孔纤维材料目前仍然是个挑战。本论文首先通过硫酸水解法制备了纤维素纳米晶（CNCs）,再以正硅酸乙酯（TEO
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作为变色材料一种,变色纤维具有优异的光学特性,并能够在产品标识中随机排列,仿制难度高,在防伪包装和智能包装领域具有广阔的应用前景。通过构筑多孔纤维材料,利用高比表面积及多孔隙的优点,将其作为载体负载光致发光材料,从而能够有效开发光致变色纤维。但是,如何设计一种环境友好、高比表面积、孔径可调的多孔纤维材料目前仍然是个挑战。本论文首先通过硫酸水解法制备了纤维素纳米晶（CNCs）,再以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,经蒸发诱导自组装制备了具有手性向列结构的CNCs薄膜及CNCs/SiO2复合薄膜,分析了 CNCs/硅前驱体溶液蒸发诱导自组装特性。然后,采用湿法纺丝结合模板法,分别经溶液纺丝和自组装策略制备介孔纤维素纤维,再负载石墨烯量子点（GQDs）,制备了光致变色纤维。在溶液纺丝过程中,直接将纺丝原液挤出成型获得介孔纤维素纤维（C-1）,通过改变凝固浴组分及比例、TEOS水解环境以及纺丝原液蒸发诱导自组装时间,调控纤维的形态和结构。结果表明,三组分凝固浴效果最佳,其最优体积比为15 wt%NaOH:95 wt%乙醇:8wt%KAl（SO4）2=2:3:2;发现HCl预水解后的硅前驱体溶液与CNCs结合较好,并易于形成形状规则、尺寸较小的SiO2颗粒;蒸发诱导自组装时间的延长有利于硅前驱体转变为SiO2颗粒,最佳蒸发诱导自组装时间为12 h。在另外一种路径中,将CNCs挤入含有硅前驱体的凝固浴中,通过自组装构筑介孔纤维素纤维（C-2）,结果表明,随着自组装时间增加,纤维上生长的SiO2颗粒逐渐变多且趋于球形;增加硅前驱体用量,介孔纤维素纤维的比表面积从1.63 m2/g增加到12.49 m2/g,其平均孔径约13 nm;制备的介孔纤维材料强度较高、表面及断面呈现出多孔网状结构。以C-2介孔纤维素纤维为基体,负载GQDs后获得的介孔变色纤维显示出稳定的蓝色荧光。与无硅前驱体参与的CNCs变色纤维相比较,有硅前驱体参与的介孔变色纤维在UV-vis区域具有更高的吸光度,而且相对荧光发射强度提高了 2.7倍左右。本文采用环境友好、工艺简单的湿法纺丝/模板联合法,开发孔径可调、具有定向特性的新型介孔纤维素纤维材料,通过改变TEOS预水解条件、凝固浴组成及种类、自组装时间、硅前驱体用量及HF后处理时间,探究两种合成路线对介孔纤维材料结构及性能的影响。另外将其作为功能材料载体,开发新型荧光变色纤维,有利于拓展变色纤维在防伪包装领域的应用。
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