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时间:2019-06-20
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1、天津科技大学外文资料翻译扩展纤维素在咪唑类离子液体中溶解的研究摘要:近年来,离子液体(ILS)已成为纤维素溶解和均相加工的有效溶剂。然而,已知的只有少数离子液体能够有效地溶解纤维素。为了克服这种限制,我们广泛筛选可能适合的离子液体,研究取得了一些显著成效。例如,在微波加热下我们发现1-乙基-3-甲基二乙磷酸的溶解纤维素能力最强,而且溶解后的离子液体几乎没有颜色变化,没有观察到降解纤维素的存在。此外,1-乙基-3-甲基二乙磷酸盐具有较低的熔点,使得纤维素溶液粘度低,比较容易处理。导言纤维素是自然界中储量最丰富
2、的天然可再生资源,可从木材或棉花中提取。纤维素是一种可生物降解的聚合物,可用于合成各种产品,包括玻璃纸,人造丝,醋酸纤维,羧甲基纤维等等。以上这些产品又大量的应用于工业生产,例如纤维,组织或文件。此外,还被用于组织工程,药物输送系统或专门的医疗领域。然而,纤维素结构复杂、内部存在大量的结晶结构以及分子间与分子内存在氢键,这些成为制约纤维素资源化利用的瓶颈。图1纤维素的结构示意图然而,纤维素可以合成一些工业产品,还有可能是生成纤维素衍生物。最常用于工业过程获得再生,可加工的纤维素是黄原酸纤维素酯。这一进程的主
3、要缺点是纤维素骨干降解和有硫化氢副产品的形成。其他衍生化溶剂,如三氟乙酸,甲酸,N2O4也可作为纤维素的功能化的中间体。一般来说,纤维素再生的最简单的方法将是其在溶剂中直接溶解(或蒸发溶剂)。在过去几十年里人们利用离子液体(ILS)努力克服纤维素的溶解问题。1934年提出,Graenacher已经发现熔融盐具有溶解纤维素的能力。当时他的研究并没有充分被注意到,很可能是由于这些盐的熔点较高。将近70年后的2002年,罗杰斯和他的助手合作,继续深入Graenacher的研究,并证实熔点较低的离子液体也可作为非衍
4、生化纤维素的溶剂。他们设想阴离子是最有效的。纤维素在1-丁基-3-甲基氯中溶解度最高可达到25%。特别是1-丁基-3-甲基氯化铵和1-烯丙基-3-甲基氯化铵,现在被普遍的使用。醚化、酯化、乙酰化、羧甲基化和三苯甲基化这些反应可能出现在溶解过程中。尽管如此,这些离子液体仍然具有高熔点,高吸湿性,有时甚至可以使纤维素降解的性质。因此,我们决定扩大对离子液体的研究范围。在我们的研究中,我们使用工业生产的离子液体,以及自制的离子液体。我们研究了不同链长阴性离子液体的溶解性能,而且试图通过应用直接加热或微波加热的方法
5、,使纤维素溶解过程中存在的降解降到最小。有了这项技术,我们能够较好的控制改性纤维素功能化程度。我们的目的是提供一种更简单、更环保及广泛工业化应用处理纤维素的方法。此外,新型改性纤维素产品还可能首次应用于先进智能化生物技术领域。结果和讨论虽然离子液体能大量溶解纤维素,但是他们都表现出一定的缺点。例如1-丁基-3-甲基氯化物,最高能溶解达到25%的纤维素。然而,熔点高于70◦C时,高粘度和高吸湿性使他们处理困难。为了扩大离子液体对纤维素溶解的应用前景,我们克服这些缺点,筛选其他有效地离子液体。在最近发表的文天津
6、科技大学外文资料翻译章中曾报道氯化物的咪唑离子液体的侧链长度对溶解性能的影响。由于类似的1-合成烷基三甲基的溴也支持先前的报道。以上离子液体可以在EmrysLiberator微波下高效合成。此外,离子液体的取代侧链也可以是双键、卤化物、-CN或羟基(表1)。表1合成的和工业化离子液体的熔点和分解温度---------------------------------------------------------------------溴或氯离子可以交换合成不同1-丁基-3-甲基咪唑和1-乙基-3-甲基咪唑离
7、子液体。对于一些交换反应,水是最好的溶剂,然而某些交换反应,必须使用二氯甲烷和乙腈。阳离子交换树脂-400可用于制备1-乙基-3-甲基醋酸酯([C2MIM]醋酸)和1-丁基-3-甲基醋酸酯([C4MIM]醋酸)。由于实际交换的原子数目可能增加,所以交换树脂不能用于合成含氟的离子液体。因此,氟化银用于合成1-乙基-3-甲基氟化物([C2MIM]F)和1-丁基-3-甲基氟化物([C4MIM]F)。在交换过程中,氯化银沉淀下来。该反应结束后剩下硝酸银溶液。然而,过量的氟化银残留在1-丁基-3-甲基氟产品中,不能被
8、分离出来。溶解度研究新合成的离子液体以及工业化离子液体随后用于纤维素溶解的研究。在这方面,离子液体的水含量和溶解性能被发现。当使用含水离子液体时,纤维素的溶解度下降,因此有必要在使用前将离子液体干燥。我们发现,真空烤箱(40◦C)是不能够完全干燥离子液体,只有冷冻干燥机才能完全消除了水分。有趣的是,所使用的冷冻干燥机不可能完全干燥[C2MIM]Et2PO4和[C2MIM]醋酸。当水被吸收以后,就不可能达到直接合成
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