纤维素作为自然界最丰富的天然高分子聚合物,为可持续材料的开发提供了巨大的可能性。然而,纤维素高度有序的结晶结构及其庞大的氢键网络导致其难溶解、不熔化,致使其应用受到诸多限制。因此,探索高效的纤维素溶剂是发展纤维素材料至关重要的先决条件。
本研究采用简单的一步中和反应,使用1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烯(DBN)和1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)与不同氨基酸结合形成系列超碱氨基酸离子液体(SAAILs)。
根据溶解度测试结果,DBN与脯氨酸形成的离子液体([DBN][Pro])表现出最佳的溶解能力,其在90 °C下对微晶纤维素和硬木浆的溶解度分别达到9.8 wt%和4 wt%。研究发现,SAAILs对纤维素的溶解能力与溶剂的Kamlet-Taft参数,特别是氢键碱度(β值)密切相关。
β值较低(< 0.7)的SAAILs无法溶解纤维素;β值越高,SAAILs溶解纤维素的能力越强。通过核磁手段(1H NMR和13C NMR)证实纤维素溶解的主要驱动力是SAAILs和纤维素羟基之间的氢键相互作用。进一步利用该SAAILs作为纤维素溶剂通过溶解-再生-干燥过程获得再生纤维素膜(RCFs),发现由[DBN][Pro] 制备的RCF表现出高抗拉强度、高杨氏模量、良好的透明度和光滑的表面形态。该SAAILs有望作为绿色高效溶剂促进纤维素转化为高性能产品。