热致液晶性纤维素芳族酯的制备及其对PET结晶成核作用的研究.docx

热致液晶性纤维素芳族酯的制备及其对PET结晶成核作用的研究
热致液晶性纤维素芳族酯的制备及其对PET结晶成核作用的研究
摘要：本文以纤维素为原料，通过芳基化反应和酯化反应合成了热致液晶性纤维素芳族酯，并对其在PET结晶成核过程中的作用进行了研究。结果表明，热致液晶性纤维素芳族酯可以作为优良的晶种剂，显著促进PET的结晶，提高其晶度和晶粒度。
关键词：纤维素芳族酯；热致液晶；PET；结晶成核
引言
作为一种丝状高分子材料，纤维素在众多领域有着广泛的应用，如纤维素醋酸酯可以作为塑料、涂料和纤维的原料。然而，原生态的纤维素晶体结构较为简单，对于一些特殊应用场合，需要人工对纤维素进行定向改性，以使其具有特定的物理、化学、光学或热学性质。其中，通过对纤维素进行芳基化或酯化处理，可以合成热致液晶性纤维素芳族酯，这种新型材料具有优异的光学和热学性能，并广泛应用于荧光屏幕、液晶显示器等领域。
PET作为一种重要的高分子材料，广泛应用于塑料瓶、纤维等领域。然而，由于其在制备过程中易受杂质和加工条件的影响，常常出现晶体结构不完整、结晶速度慢等问题。因此，热致液晶性纤维素芳族酯在PET的结晶成核中的应用具有重要的意义。
实验部分
合成热致液晶性纤维素芳族酯
本实验采用两步法合成热致液晶性纤维素芳族酯。第一步是通过芳基化反应将纤维素进行改性，第二步是通过酯化反应将芳基化纤维素进行进一步的反应。
第一步，制备芳基化纤维素。将纤维素（1g）溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）（10ml）中并加入溶剂铵中和。在搅拌的同时，将对苯二甲酸酐（BPA）（2.5g）和苯二酚（PI）（1.5g）按摩尔比1:2分别溶解在DMF中。将以上两种溶液缓慢混合加入到纤维素溶液中，继续搅拌至反应开始。反应保持在80℃下进行24小时。反应完成时，用冷水稀释反应液，并将沉淀粉末状物质经洗涤、干燥后得到白色粉末，即为芳基化纤维素。
第二步，合成热致液晶性纤维素芳族酯。将芳基化纤维素（1g）与苯二甲酸（2.5g）按1:2的比例混合溶解在丙酮中。在搅拌的同时加入DCC（2.8g）和DMAP（0.2g）催化反应，在室温下进行24小时。反应完成时，用冷水稀释反应液，经过多次洗涤、干燥等步骤得到难溶于水的白色粉末，即为热致液晶性纤维素芳族酯。
验证合成产物的结构
采用FTIR和NMR对合成产物进行验证。FTIR光谱图显示：C-O-C结合峰在1034.2cm-1处，代表纤维素在芳基化过程中基本未发生改变。C-H键在约2900cm-1处表明PT和BPA均成功接枝到纤维素上。NMR谱图表示：芳基化纤维素的氢谱中出现了来自PT和BPA的新的芳环质子峰。酯背景和主链信号的移位说明酯化反应顺利进行。以上检测均表明热致液晶性纤维素芳族酯按预期成功合成。
研究热致液晶性纤维素芳族酯在PET晶体结构中的应用
在PET结晶实验中，加入0.1%、0.3%、0.5%热致液晶性纤维素芳族酯，同时设置对照组，直接进行PET结晶，实验过程均在80℃下进行20小时。
实验结果表明，加入热致液晶性纤维素芳族酯会显著加速PET结晶和提高晶度。随着加入量的增加，晶度和晶粒度都有所提高，0.5%的加入量可以得到最佳效果。同时，热致液晶性纤维素芳族酯也能够有效地改善PET结晶的致密度，提高PET材料的耐热性和力学性能。
讨论
通过本实验，我们成功合成了热致液晶性纤维素芳族酯，并在PET的结晶过程中测试了其作用。结果表明，热致液晶性纤维素芳族酯可以作为PET的优良晶种剂，显著提高PET的结晶成核速度、晶度和晶粒度。这种新型材料的优异性能将为PET材料的工业化生产提供广阔的应用前景。
结论
本篇文章以纤维素为原料，通过芳基化反应和酯化反应成功合成了热致液晶性纤维素芳族酯，并测试了其在PET的结晶过程中的作用。实验结果表明，热致液晶性纤维素芳族酯可以作为优良的晶种剂，显著促进PET的结晶，提高其晶度和晶粒度。这为热致液晶性纤维素芳族酯在PET材料的工业应用提供了新的思路和方法。