纤维素的化学改性

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1、试验研究纤维素的化学改性●王金霞，刘温霞（山东轻工业学院山东省轻工助剂重点实验室，山东济南250353）摘要：为了让纤维素能在水和一般有机溶剂中溶解，并具有好的热可塑性，常对其进行化学改性，改变纤维素的结构特性，使其有利于加工成型。本文介绍了纤维素化学改性的基本原理，探讨了纤维素的溶解、活化与碱性润胀。通过纤维素羟基的氧化、酯化、醚化、接枝共聚和氮偶联反应对纤维素化学改性进行了综述，最后展望了纤维素化学改性的应用前景。关键词：纤维素改性；纤维素溶剂；功能化纤维中图分类号：TS71文献标识码：A文章编号：1001-6309(2011)08-0031-07维素结构形态

2、的差异，如纤维几何表面积、表面微纤维素化学改性的基本原理孔结构和大小等因素都间接影响溶剂对纤维素分纤维素是由β-D-吡喃葡萄糖基彼此以1,4子的内部可及性，即便是在纤维素无定形区内的反[1]-β-苷键联接而成的线性高分子，其分子链中应，也需要由表及里的逐层进行。故而，采用适当的每个葡萄糖单元上有3个活泼羟基，分别位于C2、溶剂对纤维素进行润胀，有利于反应试剂到达无定C3、C6位置上，可以进行一系列反应，包括氧化羟形区和结晶区表面，改善纤维素的非均相反应。基成羧基的反应、羟基的酯化反应、醚化反应和接2 纤维素的活化与碱性润胀枝共聚反应。纤维素的化学改性，是指通过改

3、性试剂与纤维素羟基的化学反应在纤维素分子链上引纤维素的活化是指在不破坏纤维素聚合度的入新的官能团，获得物理化学性质具备显著差异的条件下，采用机械、化学或生物的方法破坏纤维素纤维素衍生物。无定形区内的氢键，增加改性试剂对纤维素羟基的影响纤维素化学改性效果的主要因素是纤维可及性。在化学法中，氧化、碱处理、胺和水预处理素葡萄糖基上游离羟基的反应活性；纤维素羟基的的方法均可用于对纤维进行活化。可及性，即改性反应试剂到达纤维素羟基的难易程碱性润胀是纤维素非均相反应中常见的活化[2]度。预处理方法，目的是进一步提高纤维素的反应性一方面，天然纤维素具备高结晶性，纤维素的能，提高

4、纤维素羟基对反应试剂的可及性。理论认结晶度直接影响纤维素改性反应中羟基的可及性。为，纤维素碱性润胀的水溶液中，作为活化剂的溶在纤维素分子的结晶区内，纤维素葡萄糖基C2、剂分子穿入无定形区，到达结晶区外表面，通过破C3、C6位上原游离羟基的位置均已形成纤维素分坏水与纤维素之间、纤维素分子之间的氢键结合，子链内氢键和分子间氢键，不存在自由羟基，只有一方面发生纤维素无定形区内的润胀，有利于反应无定形区才有部分游离羟基存在，故而大多数的反试剂的渗透并进一步反应。同时还会引发纤维素结应试剂只能穿透到纤维素的无定形区域并进行反晶区部分溶解，暴露出更多的游离羟基，增加了改[3]

5、应，很难进入结晶区。采用溶剂对纤维素进行溶性试剂对纤维素结晶表面和结晶区内部的羟基的解，可以破坏纤维素的结晶区，改善纤维素羟基的可及性，有利于化学反应的进行。可及性。通常情况下，纤维素的碱性润胀可采用低浓度另一方面，纤维素本身具备较高的难溶性，通无机碱NaOH或有机碱溶液处理纤维素，处理纤维常以悬浮状态非均相地分散于液态反应介质中，纤的一般方法是将纤维在5%的NaOH水溶液中，在作者简介：王金霞女士(1987-)，在读研究生，研究方向：造纸化学品与功能纸；联系电话：13853182432，E-mail:wangjinxia66@163.com。PaperandPa

6、perMakingVol.30No.8Aug.20113试验研究室温下浸渍处理一定时间。处理的结果是直接影响活性位。同时，纤维素葡萄糖单元上C6上羟基与纤维的细纤维化，部分抽提出木素和半纤维素，破C2、C3相比，空间位阻最小，活性最好。[4][5]坏纤维结构中的氢键，增加纤维表面的粗糙度。纤维素在溶剂液体中的浓度不宜太高，一般对于高聚合度的纤维原料，如棉绒，可采用高浓度2%～3%，当浓度高至10%～15%时，纤维素会的NaOH溶液对纤维素进行丝光化处理，丝光化再发生团聚，虽然表观仍为均一溶液，但三相图显示生纤维可以使平行构造的纤维素I转变成次序性有不稳定的内消旋

7、相形成，纤维素反应活性降低。稍差的纤维素Ⅱ，同时抽提出部分半纤维素和非纤此外，对同一纤维素而言，羟基的可及度随溶液浓维素物质，提高了α-纤维素的含量，增加纤维素晶度的降低而增加，对不同纤维素而言，相同浓度下，体内部羟基的可及性。只有带流苏结构的晶束才可及，且该结构区域随聚纤维也可以采用有机胺作为碱活化试剂，配合合度增加而降低。NaOH溶液对纤维进行润胀。如棉纤维经0.1%的在纤维素改性的均相反应中，纤维素的溶剂分氢氧化钠/非离子表面活性溶液煮沸处理后冷却为非反应性溶剂和反应性溶剂两大类：洗涤，用乙二胺浸渍活化后，乙二胺具备消晶作用，3.1 非反应性溶剂致使纤维素结

8、晶度显著下