纤维素在膜科学中的研究进展

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1、第32卷第4期Vol.32No.42009年04月Apr.2009纤维素在膜科学中的研究进展杨鹏飞（天津工业大学，天津300160）[摘要]从溶解纤维素的方法，制备方法与性能等几个方面阐述了近年来纤维素膜的研究及开发应用现状，指出了纤维素膜在开发应用中存在的问题及今后研究和发展的趋势。[关键词]纤维素膜；溶解；制备方法；应用[中图分类号]O636.1+1[文献标识码]A[文章编号]1003-5095(2009）04-0009-04膜科学是在当今世界能源、水资源短缺，水和环高的特性；另一方面，极强的氢键也使纤维

2、素不溶于境污染日益严重的情况下迅速发展和应用起来的。由通常的溶剂，进而难以被直接利用。传统上对纤维素于膜材料及其制备是膜科学的技术核心，其本身的制的利用有两种途径：化学再生和化学改性。随着新溶备是以高分子物理、化学、材料科学、力学、化学工程剂的不断研发，直接溶解纤维素制备纤维素膜越来越等学科为基础，具有多学科交叉的特点[1]。本文结合受到人们的关注。用于制备纤维素膜的几种新溶剂体现在膜材料的研究发展趋势，讲述了纤维素膜材料研系：环胺氧化物溶剂体系（NMMO体系）；NaOH/尿素体究进展，利用不同的制膜方法重点

3、论述了结合溶解纤系；氯化锂/二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）；二甲基亚维素的方法，制备不同结构、性能和应用领域的纤维砜/多聚甲醛（DMSO/PF）以及四氧化二氮/二甲基甲素膜。酰胺（NO/DMF）[4]。24纤维素是地球上含量最为丰富的天然高分子，植1.1传统溶解纤维素的方法物通过光合作用每年可以生产出亿万吨的纤维素[2]。传统溶解纤维素的方法有粘胶法、铜氨法、醋酸来源广泛、生物相容性好、物化性能稳定，一直被认为法。粘胶法是传统的生产再生纤维素的方法[5]。首先是理想的膜材料。早期聚合物膜的研究主要集中于纤

4、将纤维素与强碱反应生成碱纤维素，再与二硫化碳反维素及其衍生物。1846年Schonbein就发明了硝化应得到纤维素黄酸钠，然后溶解在NaOH中，经纺丝纤维素膜[3]。纤维素是最为丰富的天然高分子材料，溶液后，中间化合物重新转化为纤维素。该方法放出是可再生的绿色有机资源。从化学结构上看，纤维素H2S和SO2气体对环境造成了危害。铜氨溶液对纤维是以D-2葡萄糖基构成的链状高分子化合物，每个素的溶解能力很强，其溶解机理被认为是纤维素在铜葡萄糖基环均含有3个羟基，具有优良的亲水性和耐氨配位化合物中形成纤维素醇化物或是

5、分子化合物。酸碱性。铜和氨消耗量大，且很难完全回收，加之污染严重，现已基本被淘汰。目前铜氨溶剂主要用于纤维素聚合度测试。1.2新的溶解纤维素的方法1.2.1环胺氧化物溶剂体系（NMMO体系）1溶解纤维素的方法采用NMMO为溶剂来溶解纤维素的过程完全属于由于纤维素是多羟基化合物，使纤维素分子间以物理溶解，较好地保留了纤维素的天然特性，使其表及分子内具有极强的氢键作用。一方面纤维素具有结现出良好的机械性能和耐酸碱性。NMMO是环状的叔晶高、物化性能稳定、玻璃化转变温度（240～260℃）胺氧化物，通过叔胺上的N和

6、O与纤维素的羟基作用形成氢键，拆散纤维素分子链间羟基上的氢键连接，[收稿日期]2009-02-03使纤维素溶解。NMMO的毒性很小，小于乙醇，因此[作者简介]杨鹏飞（1987-），男，研究方向为材料科学与工NMMO/H2O作为纤维素的溶剂体系，对环境和人类造成程。·10·河北化工第4期的危害极小。其不足之处在于水和纤维素含量必须严先配制一定浓度的纤维素铸膜液，脱泡后浇铸于玻璃格控制在一定范围内才可得到均相溶液，同时在配制板上，均匀刮制成膜，再进行适当后处理，最后得到纤溶液时加抗氧化剂，而且溶解温度必须控制15

7、0℃维素平板膜；纤维素中空纤维膜是配制一定浓度的纤以下，否则NMMO会发生分解。此外，合成NMMO的条维素纺丝溶液，进行溶液纺丝，制成中空纤维膜。无论件比较苛刻且造价高，不易回收。是平板膜或是中空纤维膜，若在一定温度、湿度等环1.2.2NaOH/尿素体系境氛围中使凝胶状态膜的溶剂及可挥发的添加剂表由于纤维素本身是多羟基化合物，而羟基本身是面部分或全部蒸发，该方法称为干法制膜。若将凝胶有极性的，因此各种碱液是纤维素良好的润胀剂。然状态的膜浸入凝固浴中，凝固浴是制膜液中溶剂和添而碱溶液中的金属离子通常以“水合离子

8、”形式存在，加剂的良好溶剂，而对聚合物不溶，该方法称为湿法半径越小的离子，对外围水分子的吸引力越强，有利制膜。于侵入纤维素的无定形区，进而到达结晶区，从而溶解纤维素。2003年，周琪、张俐娜[6]报道在低温下用氢氧化钠/尿素的水溶液可以直接溶解纤维素，并申请了专利。即7%～8%NaOH/10%～12%尿素水溶液，它预冷到-10～-12℃时，立即加入棉短绒纤维素，在室温下剧烈搅拌1～5min可快速溶解