纤维素改性材料的发展与应用

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1、纤维素改性材料的发展与应用前言：本文主要介绍纤维素改性材料的应用。天然纤维素来源丰富、价格低廉、是可再生且环境友好的高分子材料，其改性纤维素技术及其应用越来越受到重视。纤维素改性技术的应用前景广阔，其在环境保护、资源充分利用、生物化工等众多领域都发挥着重要的价值，适应人类充分利用自然资源，与自然环境和谐相处的发展趋势。因此，对纤维素改性材料的研究与应用也是现代科学家研究的重点。关键字：纤维素；改性材料；应用；发展主要内容：纤维素是地球上最丰富、可以恢复的天然资源具有价廉、可降解、对环境不产生污染等特点。因此世界各国都十分重视对纤

2、维素的研究与开发。纤维素分子的结构式为（C6H10O5）n是由很多D-吡喃葡萄糖彼此以B—1—4苷键连接而成的线型分子，每个葡萄糖单元中有3个极性羟基。纤维素这种有大量羟基存在，并于分子链间和分子内部广泛形成氢键的结构，极大地影响了其反应活性。为了使之达到人们所预期的吸附功能，必须对纤维素结构进行改性。通过改性后的纤维素适用范围更大，功能更强。而在对纤维素进行改性之前，由于纤维素本身的特点，通常需要对纤维素进行活化或溶胀处理。纤维素的改性方法：纤维素是由许多β-D-葡萄糖分子脱水缩合而成不分枝，β-葡萄糖分子借β-1，4-糖苷

3、连接纤维素的这一结构特点使得纤维素在经过适当的预处理后，可以通过一系列的化学改性反应制取不同用途的功能高分子材料。按其反应方法不同大致可分为氧化反应，酯化、醚化反应，亲核取代反应，接枝共聚改性和交联5种。1、氧化反应。纤维素完全氧化的最终产物是二氧化碳和水，但是部分氧化作用可以把新的官能团——醛基、酮基、羧基或烯醇基等引入纤维素大分子，生成不同性质的水溶性或不溶性的氧化物称之为氧化纤维素。其中，以纤维素的选择性氧化反应，如高碘酸盐攻击C2或C3生成高还原性的二醛基的选择性氧化反应受到人们的高度重视。因为二醛纤维素DAC是制备不含

4、葡萄糖环骨架的纤维素衍生物的好原料，利用高分子化学反应，二醛纤维素分子中的醛基可以方便地转变为其他官能团，这样便可得到具有新功能和新用途的纤维素衍生物。将二醛纤维素进一步氧化，可得到羧酸纤维素。羧酸纤维素在氢氧化钠中处理、可转变为-COONa型，呈弱碱性，可用于酸性气体的吸附。此外，作为生物医用高分子材料具有优良的水溶性和抗凝血性，可用于血液透析、血浆分离及人工肾等方面，羧酸纤维素还是一种优良的贵重金属提取分离螯合剂。2、酯化、醚化反应。纤维素的酯、醚化反应是最为重要的纤维素衍生化反应，纤维素分子链上的羟基可与酸、酸酐、酰卤等发

5、生反应生成酯，与烷基化试剂反应生成纤维素醚，于本世纪五、六十年代相继实现工业化。纤维素酯中，以纤维素硝酸酯、纤维素醋酸酯和纤维素黄原酸酯最为普遍和重要。目前已广泛应用于涂料、日用化工、制药、纺织、塑料、烟草、粘合剂、膜科学等工业部门和研究领域中。在纤维素醚产品中，以羧甲基纤维素（CMC）、羟乙基纤维素（HEC）、羟丙基纤维素（HPC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）等为代表,其产品也已商品化。在纤维素酯、醚的应用研究中,纤维素酯的银盐可作抗菌剂,纤维素酯与聚苯胺复合,可制备透明、高导电性材料。何永炳等人利用棉纤维碱化后与环氧氯丙烷

6、反应进行醚化再与乙二胺反应制得了含氮纤维素衍生物。通常根据各取代基的种类、电离性以及溶解度的差异，将纤维素醚分类：取代基种类，分单一醚类，有烷基醚（如甲基纤维素、乙基纤维素）、羟烷基醚（如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素）、其他（如羧甲基纤维素、羧乙基纤维素）；混合醚类，如乙基羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基羧甲基纤维素、羟丙基羧甲基纤维素。电离性分离子型、非离子型和混和型。溶解度分水溶性和非水溶性纤维素醚。3、接枝共聚反应。改性纤维素虽然比天然纤维素有了较为明显的优点，但其相对分子质量增加不多,从而使其强度、粘度等性质受到了

7、一定的限制。因此,改性纤维素的接枝共聚能克服以上缺点,使其应用更加广泛。改性后的纤维素可用于生物降解塑料、复合材料、吸水树脂、离子交换树脂、絮凝剂以及螯合纤维等方面。纤维素的接枝共聚使纤维素改性其范围很广,包括增强、湿强与干强、防火耐燃、抗热、电绝缘性、导电性、耐微生物、耐酸、耐磨、染料吸收等。纤维素接枝共聚主要方法有自由基聚合、离子型共聚及缩聚与开环聚合等。纤维素的离子型接枝共聚可分为阳离子引发接枝与阴离子引发接枝。阳离子引发接枝是采用BF3或TiCl4等金属卤化物和微量的催化剂（如痕量的水或盐酸），通过形成纤维素正碳离子而

8、进行接枝共聚。阴离子引发接枝则是根据michael反应原理，由纤维素与氨基钠、甲醇碱金属盐等作用形成醇盐，再与乙烯基单体反应，所用单体有丙烯腈、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯腈等。接枝共聚时的溶剂为液氨、四氢呋喃或二甲亚砜。离子型共聚法的缺点是需在无水介质中进行，另外在