纤维素硫酸酯(Cellulose Sulfates,CS)是纤维素经过硫酸酯化修饰而使其葡萄糖单元上的羟基部分或完全被取代而形成的衍生物。纤维素衍生物水凝胶因溶胀性好、力学强度大、透明度高而在医药、功能材料和食品工业等领域有广泛的应用。鉴于目前纤维素衍生物水凝胶主要局限于纤维素醚,本文首次开展了纤维素酯化物水凝胶的研究,主要内容包括:不同取代度CS的制备与表征、CS水溶液性质研究及特定取代度CS的溶胶-凝胶转化规律、CS水凝胶的性能及成胶机理。主要研究结果如下:1.以滤纸纤维素为原料、ClSO3H-DMF复合物为酯化剂制备了CS。并使用红外(FTIR)、核磁共振(13C-NMR)、X-衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)等方法分析其分子结构和粒子特性。FT-IR揭示产物中存在C-O-S和S=O等硫酸酯基的特征吸收峰,元素分析测知产物的取代度在0.27~0.99之间,分子量55000~18000 Da之间;13C-NMR显示产物CS中硫酸酯基的取代为C6位取代为主的C6、C2取代模式;XRD分析表明纤维素经过硫酸酯化后结晶度减小;DSC分析表明纤维素经过硫酸酯化后结合水分解温度升高、熔融温度降低,SEM显示CS为松散、粗糙的纤维结构。2.CS水混合体系为假塑性流体,可以在一定条件下发生溶液-凝胶的转化。各种取代度的CS在水中均能形成稳定的溶液,溶液特性粘度随硫酸酯基取代度的增大而降低;取代度低于0.5的CS在一定条件下均能形成凝胶,浓度、温度、存放时间对其溶胶-凝胶转化点有较大影响。采用旋转流变仪,在频率扫描范围为0.01~100 rad/s,发现6%(w/v)为溶胶状态(G?<G"),7%~8%分别在28 rad/s和12 rad/s出现溶胶-凝胶转化点(G?=G"),而9%为凝胶状态(G?>G");在温度扫描范围为25~80℃,发现6%为溶胶,7%~8%分别在60℃和40℃出现明显的溶胶-凝胶转化点,而9%在69℃从凝胶转化为溶胶;7%的CS在初始状态时出现溶胶-凝胶转化点,但24 h后和48 h后都为凝胶状态。3.CS的脱水收缩敏感性和持水力与其凝胶浓度有关,浓度、温度、pH、存放时间及添加物均对CS的凝胶性质有一定影响。随CS水凝胶的浓度升高,CS脱水收缩敏感性减小,持水性增强、硬度增大(浓度20%时其值分别为达到1.8±0.1%、98.3±0.9%、41.467±0.512 g);随CS水凝胶的温度对其强度存在极值,浓度15%的CS水凝胶在20℃时强度最大;存放一定时间,会增加其强度,一般来说,在7天内,时间越久凝胶强度越大;一定的酸性条件也会增强CS凝胶强度,降低溶液pH,CS的凝胶强度提高;添加甘油可改善凝胶强度,当甘油添加量为5%(w/v)时凝胶机械强度最大;添加Ca2+和HPO42-均使CS水凝胶性质改善,其硬度分别提高了67%和81%,胶粘性分别提高16倍和4.2倍,弹性分别提高4倍和7.74倍。CS的成胶机理宏观表现为粘度的急剧上升,微观表现为从单个分子独立分布在水中到分子间的聚合或交联,形成稳定的三维网络结构。