纖維素作為自然界最豐富的天然高分子聚合物,為可持續材料的開發提供了巨大的可能性。然而,纖維素高度有序的結晶結構及其龐大的氫鍵網絡導致其難溶解、不熔化,致使其應用受到諸多限制。因此,探索高效的纖維素溶劑是發展纖維素材料至關重要的先決條件。
本研究采用簡單的一步中和反應,使用1,5-二氮雜雙環[4.3.0]-5-壬烯(DBN)和1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)與不同氨基酸結合形成系列超堿氨基酸離子液體(SAAILs)。
根據溶解度測試結果,DBN與脯氨酸形成的離子液體([DBN][Pro])表現出最佳的溶解能力,其在90 °C下對微晶纖維素和硬木漿的溶解度分別達到9.8 wt%和4 wt%。研究發現,SAAILs對纖維素的溶解能力與溶劑的Kamlet-Taft參數,特別是氫鍵堿度(β值)密切相關。
β值較低(< 0.7)的SAAILs無法溶解纖維素;β值越高,SAAILs溶解纖維素的能力越強。通過核磁手段(1H NMR和13C NMR)證實纖維素溶解的主要驅動力是SAAILs和纖維素羥基之間的氫鍵相互作用。進一步利用該SAAILs作為纖維素溶劑通過溶解-再生-干燥過程獲得再生纖維素膜(RCFs),發現由[DBN][Pro] 制備的RCF表現出高抗拉強度、高楊氏模量、良好的透明度和光滑的表面形態。該SAAILs有望作為綠色高效溶劑促進纖維素轉化為高性能產品。