ZnCl2基无机盐水合物中纤维素溶胀行为的解析及其在功能特种纸定制中的应用研究

本文系统研究了ZnCl2基无机盐水合物（ISH）中水分子比例对纤维素溶胀/溶解的调控机制，通过Kamlet-Taft参数（β/π*）和分子动力学模拟揭示了[Zn(OH2)6]2+氢键供体（HBD）与纤维素羟基的相互作用规律，开发出兼具超高强度（107.5 MPa）和介电性能（48.8 kV/mm）的卷对卷（roll-to-roll）特种纸制备技术。

　　

Highlight

ZnCl₂基无机盐水合物的物理化学特性

通过调控ZnCl₂·nH₂O中水合数n（S1-S5体系），发现粘度从133.9 cps（S1）降至7.8 cps（S5）。当水合数n=2.5时（S2体系），β值高达1.53的未饱和锌水合物优先破坏纤维素表面羟基，仅引发溶胀效应；而n=6.5时（S4体系），[Zn(OH₂)₆]²⁺饱和结构（β=0.85）可穿透纤维内部实现完全溶解。分子动力学显示S2体系中Zn²⁺主要与纤维素链O6-H形成配位键（键长2.3 ?），而S4体系能同时破坏O3-H···O5分子内氢键（键角从150°降至120°）。

Conclusion

本研究阐明ZnCl₂/nH₂O体系中水合数对纤维素作用的"溶胀-溶解"双路径机制：低水合数（n=2.5）时形成"表面羟基剪刀"，高水合数（n=6.5）时构建"三维氢键爆破网"。基于该原理开发的乙醇再生工艺，可连续化生产断裂能达18.8 MJ/m³的功能纸，其接触角73.6°的特性为柔性电子器件基材提供了新选择。