纖維素改性材料的發(fā)展與應(yīng)用

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1、纖維素改性材料的發(fā)展與應(yīng)用前言：本文主要介紹纖維素改性材料的應(yīng)用。天然纖維素來源豐富、價格低廉、是可再生且環(huán)境友好的高分子材料，其改性纖維素技術(shù)及其應(yīng)用越來越受到重視。纖維素改性技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊，其在環(huán)境保護、資源充分利用、生物化工等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的價值，適應(yīng)人類充分利用自然資源，與自然環(huán)境和諧相處的發(fā)展趨勢。因此，對纖維素改性材料的研究與應(yīng)用也是現(xiàn)代科學家研究的重點。關(guān)鍵字：纖維素；改性材料；應(yīng)用；發(fā)展主要內(nèi)容：纖維素是地球上最豐富、可以恢復(fù)的天然資源具有價廉、可降解、對環(huán)境不產(chǎn)生污染等特點。因此世界各國都十分重視對纖

2、維素的研究與開發(fā)。纖維素分子的結(jié)構(gòu)式為（C6H10O5）n是由很多D-吡喃葡萄糖彼此以B—1—4苷鍵連接而成的線型分子，每個葡萄糖單元中有3個極性羥基。纖維素這種有大量羥基存在，并于分子鏈間和分子內(nèi)部廣泛形成氫鍵的結(jié)構(gòu)，極大地影響了其反應(yīng)活性。為了使之達到人們所預(yù)期的吸附功能，必須對纖維素結(jié)構(gòu)進行改性。通過改性后的纖維素適用范圍更大，功能更強。而在對纖維素進行改性之前，由于纖維素本身的特點，通常需要對纖維素進行活化或溶脹處理。纖維素的改性方法：纖維素是由許多β-D-葡萄糖分子脫水縮合而成不分枝，β-葡萄糖分子借β-1，4-糖苷

3、連接纖維素的這一結(jié)構(gòu)特點使得纖維素在經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理后，可以通過一系列的化學改性反應(yīng)制取不同用途的功能高分子材料。按其反應(yīng)方法不同大致可分為氧化反應(yīng)，酯化、醚化反應(yīng)，親核取代反應(yīng)，接枝共聚改性和交聯(lián)5種。1、氧化反應(yīng)。纖維素完全氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，但是部分氧化作用可以把新的官能團——醛基、酮基、羧基或烯醇基等引入纖維素大分子，生成不同性質(zhì)的水溶性或不溶性的氧化物稱之為氧化纖維素。其中，以纖維素的選擇性氧化反應(yīng)，如高碘酸鹽攻擊C2或C3生成高還原性的二醛基的選擇性氧化反應(yīng)受到人們的高度重視。因為二醛纖維素DAC是制備不含

4、葡萄糖環(huán)骨架的纖維素衍生物的好原料，利用高分子化學反應(yīng)，二醛纖維素分子中的醛基可以方便地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌倌軋F，這樣便可得到具有新功能和新用途的纖維素衍生物。將二醛纖維素進一步氧化，可得到羧酸纖維素。羧酸纖維素在氫氧化鈉中處理、可轉(zhuǎn)變?yōu)?COONa型，呈弱堿性，可用于酸性氣體的吸附。此外，作為生物醫(yī)用高分子材料具有優(yōu)良的水溶性和抗凝血性，可用于血液透析、血漿分離及人工腎等方面，羧酸纖維素還是一種優(yōu)良的貴重金屬提取分離螯合劑。2、酯化、醚化反應(yīng)。纖維素的酯、醚化反應(yīng)是最為重要的纖維素衍生化反應(yīng)，纖維素分子鏈上的羥基可與酸、酸酐、酰鹵等發(fā)

5、生反應(yīng)生成酯，與烷基化試劑反應(yīng)生成纖維素醚，于本世紀五、六十年代相繼實現(xiàn)工業(yè)化。纖維素酯中，以纖維素硝酸酯、纖維素醋酸酯和纖維素黃原酸酯最為普遍和重要。目前已廣泛應(yīng)用于涂料、日用化工、制藥、紡織、塑料、煙草、粘合劑、膜科學等工業(yè)部門和研究領(lǐng)域中。在纖維素醚產(chǎn)品中，以羧甲基纖維素（CMC）、羥乙基纖維素（HEC）、羥丙基纖維素（HPC）、羥丙基甲基纖維素（HPMC）等為代表,其產(chǎn)品也已商品化。在纖維素酯、醚的應(yīng)用研究中,纖維素酯的銀鹽可作抗菌劑,纖維素酯與聚苯胺復(fù)合,可制備透明、高導電性材料。何永炳等人利用棉纖維堿化后與環(huán)氧氯丙烷

6、反應(yīng)進行醚化再與乙二胺反應(yīng)制得了含氮纖維素衍生物。通常根據(jù)各取代基的種類、電離性以及溶解度的差異，將纖維素醚分類：取代基種類，分單一醚類，有烷基醚（如甲基纖維素、乙基纖維素）、羥烷基醚（如羥乙基纖維素、羥丙基纖維素）、其他（如羧甲基纖維素、羧乙基纖維素）；混合醚類，如乙基羥乙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基羧甲基纖維素、羥丙基羧甲基纖維素。電離性分離子型、非離子型和混和型。溶解度分水溶性和非水溶性纖維素醚。3、接枝共聚反應(yīng)。改性纖維素雖然比天然纖維素有了較為明顯的優(yōu)點，但其相對分子質(zhì)量增加不多,從而使其強度、粘度等性質(zhì)受到了

7、一定的限制。因此,改性纖維素的接枝共聚能克服以上缺點,使其應(yīng)用更加廣泛。改性后的纖維素可用于生物降解塑料、復(fù)合材料、吸水樹脂、離子交換樹脂、絮凝劑以及螯合纖維等方面。纖維素的接枝共聚使纖維素改性其范圍很廣,包括增強、濕強與干強、防火耐燃、抗熱、電絕緣性、導電性、耐微生物、耐酸、耐磨、染料吸收等。纖維素接枝共聚主要方法有自由基聚合、離子型共聚及縮聚與開環(huán)聚合等。纖維素的離子型接枝共聚可分為陽離子引發(fā)接枝與陰離子引發(fā)接枝。陽離子引發(fā)接枝是采用BF3或TiCl4等金屬鹵化物和微量的催化劑（如痕量的水或鹽酸），通過形成纖維素正碳離子而

8、進行接枝共聚。陰離子引發(fā)接枝則是根據(jù)michael反應(yīng)原理，由纖維素與氨基鈉、甲醇堿金屬鹽等作用形成醇鹽，再與乙烯基單體反應(yīng)，所用單體有丙烯腈、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯腈等。接枝共聚時的溶劑為液氨、四氫呋喃或二甲亞砜。離子型共聚法的缺點是需在無水介質(zhì)中進行，另外在