功能高分子-纤维素气凝胶

纤维素溶胶的浓度 不断增大
气凝胶的孔结构逐渐 致密
孔径也随之降低
表面积随之减小
气凝胶的结构逐渐变为二维的纤丝交织的层面结构
调节溶胶的纤维素pH值 破坏溶胶的稳定状态
凝胶
如：利用 TEMPO 氧化法制备的纳米纤维素，其由于表面引 人了羧基而带负电荷，降低pH值则增加了H+的浓度，改变 其溶胶的稳定性，从而形成凝胶。
CA和CDA等则可溶 于丙酮等有机溶剂
纤维素溶胶的凝胶化方法
加入无机盐电解质 调节溶胶的纤维素浓度 调节溶胶的纤维素pH值
无机盐电解质 诱导纤维素溶解体系
凝胶
加入电解质的本质是影响胶体粒子的聚集速率，电 解质改变了原始溶胶体系的电荷分布，从而使粒子更易 相互靠近聚集形成凝胶
调节溶胶的纤维素浓度
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三个关键步骤：溶胶的形成，凝胶的形成以及凝胶的
纤维素溶解在溶剂中形成溶胶
利用纤维素溶剂与纤维素分子形成新的氢键结 合，破坏纤维素分子内和分子间的原有氢键
从而溶解纤维素，在溶剂中形成溶胶
该过程中纤维素溶剂会优先溶解纤维素的无定形区。 依据溶剂的性质和反应条件不同，原料中高强度的纤维 素Ｉ型晶体也会有一定程度的破坏，导致分子链重排产 生强度较低的纤维素Ⅱ型晶体。
因此，气凝胶的常压干燥通常需要在干燥前采取特殊的方法来避 免凝胶基质的收缩和孔隙塌陷，例如增强网络的骨架强度、通过添加 化学添加剂减少干燥时产生的内应力差、进行表面改性以防止干燥时 表面羟基发生不可逆缩聚等。
目前，常用的预处理方法包括酶解法和TEMPO化学氧化法
纤维素衍生物制备溶胶
纤维素衍生物，如羧甲基纤维素（CMC）、醋酸纤维（CA）、 二醋酸纤维（CDA）等也可以作为制备纤维素气凝胶的原材料。 通过改变纤维素自身的结构及性能，可使其更好地溶解于水或 其他溶剂中形成溶胶。
CMC具有自缔合 作用，可直接溶 于水中
纤维素气凝胶
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纤维素气凝胶是继无机气凝胶（主要以硅气凝胶
为代表）和聚合物气凝胶（主要以间苯二酚／甲醛和
三聚氰胺／甲醛的有机聚合物为代表）之后新兴发展
起来的第三代气凝胶。
biocompatibility
porous materials
good mechanical
Biodegradability
Aerogels
运用物理或化学或两者结合的方法从植物纤维 中提取微纤化或微晶纤维素形成溶胶
早期是采用纯机械方法制备纳米纤维素，通过压力作用使纤 维分丝帚化达到纳米级别。为了降低机械能耗，结合了预处 理方法。预处理的主要作用是分丝帚化纤维，并在一定程度 上降解纤维素，之后的机械处理则是为了进一步地提高微纤 化程度，并增大纤维润胀程度，最终形成网络型的凝胶。
冷冻干燥 超临界干燥 常压干燥
凝胶
低温冷冻 真空升华
气凝胶
冷冻温度对孔的形成和结构影响显著，不同冷冻温 度下，冰晶的成核及生长速率不同，温度低时冰晶的 成核快又多，形成的孔径小，导致凝胶密度增大。
超临界干燥
二氧化碳、甲醇、乙醇等为 干燥介质
逐级置换
凝胶中的原溶剂置换成干燥溶剂并填充于凝 胶之中
与冷冻干燥相比，超临界干燥设备中的超临界流体气－液之间不存在界面， 可以利用这一特性来消除凝胶干燥过程中因表面张力引起的毛细孔塌陷、凝 胶网状结构破坏而产生的颗粒团聚等问题，在维持骨架结构的前提下完成凝 胶的干燥
常压干燥
由于毛细管作用力、 氢键结合的作用
凝胶孔隙结构的塌陷、破坏，失 去气凝胶的结构特性