基于纤维素的先进功能材料.pdf

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1、第12期高分子学报No.122010年12月ACTAPOLYMERICASINICADec.，2010·特约综述·*基于纤维素的先进功能材料张金明张军(中国科学院化学研究所工程塑料重点实验室北京分子科学国家实验室北京100190)摘要收集整理了近几年间发表在国内外重要期刊上的约360篇文献，以纤维素功能材料的制备方法为线索，简要综述了该领域的最新进展，对纤维素基纤维材料、膜材料、光电材料、杂化材料、智能材料、生物医用材料等功能材料的制备过程、功能和应用前景做了概括性描述.关键词纤维素，先进功能材料，复合材料纤维素是自然界中分布最广、储量最大的天料等)正成为纤维素科学的研究热点.本文从纤然

2、高分子，是构成植物细胞壁的基础物质.每年植维素功能材料制备方法的角度，简要综述了近年物通过光合作用产生数千亿吨的纤维素，可以说来纤维素基先进功能材料的最新进展，对纤维素纤维素是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源.基纤维材料、膜材料、光电材料、杂化材料、智能材与合成高分子相比，纤维素还具有可完全生物降料、生物医用材料等功能材料的制备过程、功能和解、无毒、无污染、易于改性、生物相容性好、可再应用前景做了概括性描述.生等优势，被认为是未来世界能源、化工的主要原1物理法制备纤维素功能材料料.有关纤维素材料的研究对于发展绿色化学、促进人类可持续发展具有重要意义.1.1纯纤维素功能材料由于自身聚集态结构

3、的特点(较高的结晶1.1.1再生纤维素纤维纤维素纤维是服用度、分子间和分子内存在很多的氢键)，天然纤维性能优良的纺织原材料.黏胶法是制备再生纤维素不能熔融，也很难溶于常规溶剂，即加工性能素纤维最普遍的方法，但是污染严重，急需新的加差，这极大地限制了纤维素材料的开发和利用.传工工艺来代替.氯化锂/二甲基乙酰胺(LiCl/统的纤维素材料生产方法主要采用黏胶法和铜氨DMAc)体系由于溶剂自身特点(回收困难、价格溶液法.其中，黏胶法从1904年在英国建厂生产昂贵等)很难实现工业化生产.4-甲基吗啉-N-氧至今已有100多年的历史，其工艺成熟，至今仍然化物(NMMO)体系已经实现了真正意义上的工业在再

4、生纤维素生产领域占主要地位.但是黏胶工化，由此生产出的再生纤维素纤维命名为Lyocell艺大量使用烧碱、硫酸、二硫化碳，并且生产过程纤维.这种纤维不仅继承了天然纤维素纤维手感中会产生大量的硫化氢、二硫化碳等有毒气体和柔软、湿强高、模量高、延伸性好、穿着舒适等特含锌废水，环境污染严重.因此，一定程度上可以点，而且弥补了黏胶纤维强度低、耐磨性差等不认为，开发清洁高效的纤维素溶剂体系是促进纤足，适合用做高档服装面料、医用织物和个人卫生维素材料发展的重要途径.用品等.但该溶剂价格相当昂贵，对回收技术要求近年来，随着煤、石油、天然气等不可再生资苛刻，回收设备投资巨大，所以目前该工艺还无法源的逐步枯竭以

5、及环境问题的日益严重，有关纤代替黏胶工艺.维素材料的研究重新成为当今国际科学研究的前［1］1998年，Isogai等发现低分子量的纤维素在沿领域之一，其中，新型纤维素基先进功能材料NaOH水溶液中经冷冻处理可溶解.近年来，(如光电材料、杂化材料、生物医用材料、智能材［2，3］张俐娜等发现氢氧化钠/尿素体系、氢氧化钠/*2010-08-04收稿，2010-09-21修稿;国家自然基金(基金号50821062，50873111)、国家重点基础研究发展计划(973计划，项目号2010CB934705)和中国科学院方向性创新项目(项目号KJCX2.YW.H16)资助;通讯联系人，E-mail:j

6、zhang@iccas.ac.cndoi:10.3724/SP.J.1105.2010.10238137612期张金明等:基于纤维素的先进功能材料1377硫脲体系低温下能很快溶解纤维素，并提出了在低温下由氢键驱动的溶剂小分子(氢氧化钠、尿素、水)和纤维素大分子之间动态自组装引起纤维素溶［4，5］解的机理.采用该方法可以得到无硫的纤维素复丝纤维，所得纤维的表面光滑、结构致密、染色性好，截面为圆形，力学性能与商品化的黏胶纤维接近.与黏胶工艺相比，这种方法所需溶剂价格低廉、对环境污染小，纤维生产工艺简单易行、生产周期短，是一种有望代替黏胶工艺的生产纤维素纤维的新方法.最近一种采用生物安全的聚乙二醇

7、(PEG)代替尿素与硫脲的新纤维素溶剂体系也被报道，有［6］望用于纤维素纤维的绿色化制备.离子液体是近年来人们发现的一类新型绿色溶剂，具有不挥发、化学稳定性和热稳定性好、溶解能力强、结构和性质可调、回收简单等特点.最近，人们发现一些结构的离子液体可以高效地溶［7～14］解纤维素.以离子液体为溶剂、水做为沉淀剂，通过干喷湿纺工艺可以方便地制备出再生纤维素纤维.人们考察了纤维素在1-丁基-3-甲基咪［15～18］