纤维素再生过程中构象调控与聚集结构演变的形态学研究

本文系统研究了再生纤维素（RC）在不同凝固浴（H2SO4、NaCl、Na2CO3）中的分子链重排机制，通过调控再生过程成功制备出棒状、片层、球状和花簇状等多种形态的RC材料，揭示了凝固浴参数敏感性对纤维素分子间/内氢键重构的关键作用，为拓展纤维素材料的应用场景提供了新思路。

　　

Highlight

材料特性

实验采用废纸板提取的纤维素为原料，通过尿素/硫脲/NaOH溶解体系制备纤维素溶液。关键试剂包括NaClO₂、CH₃COOH等，所有化学品均为分析纯。

形态学特征

在不同凝固浴条件下，RC展现出显著形态差异：低浓度H₂SO₄形成规则棒状结构（图1b-c），NaCl体系产生片层组装体，Na₂CO₃环境则自组装为独特的花簇形貌。这种形态多样性源于纤维素分子链在再生过程中不同的重排路径。

结构分析

X射线衍射显示棒状RC保留较高结晶度，而花簇结构呈现典型纤维素II型结晶转变。红外光谱证实所有再生样品均成功重建了分子间O-H...O氢键网络，但不同形态材料的氢键强度存在显著差异。

结论

本研究开创性地建立了纤维素再生过程"形态-结构"调控关系，证明通过精确控制凝固浴条件（pH、离子强度等）可实现纤维素分子链的定向组装。特别值得注意的是，H₂SO₄体系产生的棒状结构具有最优的力学性能，这为开发新型纤维素功能材料提供了重要理论依据。

作者贡献声明

张倩负责论文撰写，丁子添和李岩完成方法开发，王鑫提供资源支持，黄锦田教授为项目负责人。

利益声明

作者声明不存在任何可能影响研究结果的利益冲突。

致谢

感谢内蒙古自治区科技计划项目（2023YFHH0075和2021GG0074）的资助。