纤维素功能化研究进展及其前景-周彤

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1、考试成绩任课教师徐永建陕西科技大学研究生考试试卷考试科目纤维素化学专业制浆造纸工程年级造纸研10级考生姓名周彤考生类别日校生注意事项1．试题随试卷交回；2．试卷评阅后，一周内送交研究生秘书处保存；3．必修课以百分制计算成绩，考查课以五级计分（优、良中、及格、不及格）计算成绩；4.考生类别为日校生、工程硕士、高校教师、同等学历。纤维素功能化研究进展及其前景周彤1001017摘要：本文总结了纤维素功能化的最新进展，介绍了纤维素功能化新产品并对今后对纤维素的研究利用做出了展望。关键词：纤维素功能化；纤维素新产品；展望纤维素是无水葡萄糖残基通过β-1、4苷键连接的立体规整性高分子，

2、是自然界中最为丰富的可再生资源，每年由光合作用可产生几百亿吨。近年来随着石油、煤炭储量的下降，纤维素这种可再生资源的重要性日益显著，尤其是在环境污染问题日益突出的今天，迫使人们把注意力重新集中到纤维素这一具有生物可降解性、环境协调性的可再生资源上来。纤维素大分子易于参与化学改性反应，因此可以制备各种用途的功能材料，例如高吸水材料、贵重金属吸取材料、医疗卫生用材料等。同时纤维素可以以粉状、片状、膜以及溶液等不同形式出现，进一步提高了纤维素功能化的灵活性和应用的广泛性[1]。1、纤维素的改性纤维素大分子每个基环均具有三个醇羟基，可以发生氧化。酯化、醚化、接枝共聚等反应；两个末端

3、基性质各异，在一端的葡萄糖基第1个碳原子上存在1个苷羟基，当葡萄糖环结构变成开链式，次羟基即转变成为醛基而具有还原性，而另一端，在末端基的第4个碳原子上存在仲醇羟基，它不具有还原性[2]。纤维素化学改性主要依靠与纤维素羟基有关的反应来完成。例如酯化反应将纤维素的羟基转变为酯基，氢键减少或消失分子间相互作用减弱，纤维素成为热塑性的纤维素酯；醚化反应将纤维素转变为纤维素醚，具有较高的机械强度和柔韧性，可用于制造塑料、薄膜、清漆和胶黏剂等。利用纤维素的羟基作为接枝点，将聚合物连接到纤维素骨架上，称为纤维素的接枝反应。依据接枝聚合物的结构、性质、相对分子质量的不同，可赋予纤维素多种

4、性能和用途[3]。1.1纤维素酯纤维素酯又可分为纤维素无机酸酯和有机酸酯。纤维素无机酸酯是指纤维素分子链中的羟基与无机酸如：硝酸、硫酸、磷酸等进行酯化反应的生成物。纤维素有机酸酯是指纤维素分于链中的羟基与有机酸、酸酐或酰卤反应的生成物。主要有纤维素的甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、乙酸丁酸酯、高级脂肪酸酯、芳香酸酯和二元酸酯等，此外还有各种纤维素混合酯，如醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸琥珀酸纤维素和醋酸邻苯二甲酸纤维素等[4]。张景强等[5]以微晶纤维素为原料，优化了纤维素硫酸酯的制备工艺，在零下6℃，浓硫酸：正丙醇=1.6:1，反应液：纤维素=50:1（液固比），反

5、应时间3h的条件下，得到了较高取代度的纤维素硫酸酯（取代度为0.5~0.6）Bertoti等[6]采用在乙酸酐蒸汽中，通过丝光处理和酯化作用两种方法使甘蔗渣纤维改性。结果表明，反应后纤维的长度和宽度都下降了。FT-IR的结果显示了部分的乙酰化作用。TGA和DSC的测定结果表明，经过乙酰化改性后纤维的热稳定性增加了，而丝光处理后热稳定性下降了。改性后获得了多孔性的渗水结构证实了聚合物链迁移到了乙酰化改性后的纤维内，这有助于提高纤维的黏着能力。Crepy等[7]先将纤维素（150mL原液、3g、18mmol）与二甲基氨基吡啶（6.6g，162mmol；3个葡糖酐的量）混合搅拌直

6、到完成溶解，随后加入脂肪酰氯（8.3～54.5mL，36～162mmol；2～9个葡糖酐的量）。混合物用多模态微波炉处理（180W）3min。酯化产物加入甲醇沉析，固体纯化过程反复使用氯仿和甲醇溶解/沉析，并在室温下风干，得到的酯化物取代度为1.7～3，力学性能与取代度呈正相关性，弹性模量反之，纤维素的不饱和酯化塑膜与饱和酯化塑膜性能基本一样。Rajam等[8]报道了一种纤维素酯膜（85%硝化纤维素，15%乙酸纤维素）表面改性方法，第一步是膜上加上单层烯丙基二甲基氯硅烷（ADC）涂层。硅烷化的膜在波长＞215nm的紫外辐射下共价连接到聚环氧乙烷与聚环氧丙烷的三嵌段共聚物（P

7、EO-PPO-PEO）上。膜表面环氧乙烷基团的存在提高了膜的润湿性。接触角测量证实，硅烷化膜上三嵌段共聚物接枝度是紫外线照射时间的函数。在膜的牛血清蛋白过滤试验中，其水的渗透性与渗透通量相对未改性的膜显著下降，生理盐水的清洗效果也更好。Bras等[9]用纤维素酯化制得可用于食品包装的膜，其制备方法如下：纤维素在过量吡啶中搅拌30min（20℃），加入脂肪酸酰氯，混合物在130℃下分馏2h，降温至100℃加入50%乙醇与过量的脂肪酸酰氯反应，沉析出均相纤维素酯，然后过滤纯化，得到完全取代的长链纤维素酯，用其制成的膜水