纤维素总结要点.pdf
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1、一:纤维素的结构分类及应用: 1)纤维素的结构: 2)纤维素的分类: 根据其在特定条件下的溶解度,可以分级为 :纤维素, - 纤维 素,-纤维素, 纤维素指的是聚合度大于200的纤维素 , - 纤 维素是指聚合度为 10一 200的纤维素 , - 纤维素是指聚合度小于10 的纤维素。 3)纤维素的应用: 纤维素是一多羟基葡萄糖聚合物, 经过特定的物理或化学改性后, 具有不同的功能特性 , 可以粉状,片状,膜,纤维以及溶液等不同形 式出现 , 因此用纤维素开发的功能材料极具灵活性及应用的广泛性。 3.1 高性能纤维材料: 纤维素纤维是现代纺织业的重要原料之一,同时也是纤维素化工 和造纸业的重要原
2、料,当前,纸己经成为社会发展的必需品,不仅大量 应用于印刷,日用品及包装物,还可以用于绝缘材料,过滤材料以及 复合材料等领域 ,具有广泛而重要的用途。 3.2 可生物降解材料 纤维素能够作为可降解材料的基材使用,因为纤维素具有很多独 特的优点 :(1)纤维素本身能够被微生物完全降解;(2)维素大分子链上 有许多轻基 ,具有较强的反应性能和相互作用性能,使得材料便于加工 , 成本低 ,而且无污染 ;(3)纤维素具有很强的生物相容性;(4)纤维素本身 无毒,可广泛使用,由于纤维素分子间存在很强的氢键,而且取向度和 结晶度都很高 ,使得纤维素不溶于一般溶剂,高温下分解而不融,所以 无法直接用来制作生
3、物降解材料,必须对其进行改性,纤维素改性的 方法主要有醋化,醚化以及氧化成醛,酮,酸等。纤维素生物降解材 料应用广泛 ,例如园艺品,农,林,水产用品,医药用品,包装材料 及光电子化学品等 ,这里要特别提出的是纤维素在医学,光电子化学, 精细化工等高新技术领域应用的更好西川橡胶工业公司研制开发的 纤维素,壳聚糖系发泡材料存在很好的应用前景,其特点是重量轻, 绝热性好,透气,吸水等,这些特点使其广泛应用于农业,渔业,工 业,包装,医疗等各个领域。 3.3 纤维素液晶材料: 天然纤维素及其衍生物液晶是一类新颖的液晶高分子材料,和其 它的纤维素衍生物液晶相比,新型的复合型纤维素衍生物液晶在纤维 素大分
4、子链中引入了刚性介晶基元,使得控制其液晶性质能够成为现 实“这同时就为开发具有特殊性能的液晶高分子提供了新的研究领域, 并且其相应的理论基础研究对探索高分子液晶的形成也有十分重要 的指导意义,另外 ,由于天然纤维素是自然界取之不尽,用之不竭的 可再生天然高分子 ,那么在石油及能源日益枯竭的今天,我们就很有必 要继续深化对天然纤维素及其衍生物液晶的研究和开发。 3.4 吸附性纤维素材料 3.4.1:吸油材料: 水资源污染已是一个严重的社会问题,而油类污染是造成水污染 的重要因素之一,随着经济的迅速发展和社会的不断进步,对高吸油 树脂的吸油性能及合成原料的可持续性利用方面的要求越来越高,目 前国内
5、外合成的性能较好的高吸油树脂几乎全都以石油副产品为惟 一合成单体,但石油是不可再生资源,且价格日益高涨,采用维素基 吸油材料作为治理工业及日常生活中的废油处理剂,不仅使吸油产品 的综合生产成本大幅度降低,由于天然纤维素细小的内部结构,能够使 吸油材料的吸油性能得到明显改善,同时,由于天然纤维素材料本身 具有优良的可降解性 ,还可消除废弃合成吸油树脂对环境的污染。 3.4.2:吸附重金属材料: 人们通过研究发现纤维素的某些共聚物具有同重金属吸附结合 或鳌合的能力 ,通过对纤维素进行改性可用于海水中回收铀,金等贵 重金属 ,或用于污水中重金属的处理。 3.4.3:高吸水材料: 以纤维素为基质的高吸
6、水材料一直是人们研究与开发的活跃领“ 纤维素是含有多轻基的高分子多糖,由于轻基的亲水性能 ,这种性质使 得纤维素本身就具有一定的吸水和吸湿能力,只是由于纤维素本身高 度结晶结构使大部分轻基处于氢键缔合状态,从而使这种吸水能力收 到了限制 “因此制备纤维素系高吸水材料时,首先必须要尽量破坏纤维 素的结晶结构 !提高其反应发生的可能行,然后通过特殊的化学反应方 法在纤维素大分子上接上高亲水性基团。 二)纤维素溶剂的制备 1)纤维素溶剂的制备: 1.1 衍生物溶解法: 纤维素是由D 一葡萄糖聚合形成的链状高分子,每个单元内 都有 3 个自由基 -OH,因此在特定条件下 ,能与部分酸碱或其他化 学物质
7、发生反应 ,一般最终产物都为纤维素酯,该酯要比纤维素更 易溶解在某些溶剂中。 1.1.1 氢氧化钠 /二硫化碳 (NaOH/CS2)体系 (粘胶法 ) : 粘胶法生产至今已有100 多年的历史 ,它是一种包含化学反应的 复杂过程,该法主要是应用了纤维素中-0H 的酸性 ,用一定浓度的氢氧 化钠溶液处理后 ,形成碱纤维素 ,然后通入二硫化碳,形成黄原酸纤维 素酯,该酯可以溶于氢氧化钠溶液。 1.1.2 质子酸体系: 质子酸能在适当的浓度下润胀和溶解纤维素,使纤维素的羟基质 子化,当质子酸的量足够多,浓度适当时 ,纤维素就会溶解。 1.1.3 多聚甲醛 /二甲基亚砜体系: 该体系在上世纪中叶就应用
8、于纤维素溶解的研究,其具有很强的 溶解能力 ,对聚合度很高的纤维素仍具有溶解能力,但时由于自身的一 些缺陷 ,该体系并没有被使用。 1.1.4 氨基甲酸酯体系: 具体的溶解过程 :将碱纤维素与饱和尿素溶液混合,然后加入少量 特殊的惰性溶剂 ,在加热条件下,反应一段时间后,反应生成浅灰色的 固体氨基甲酸酷酯 ,然后将生成浅灰色的固体,溶解在氢氧化钠溶液 中制得纺丝原液 ,使用硫酸做凝固浴进行湿法纺丝,最后将制得的醋纤 维放入碱液分解浴分解 ,这将制得纤维素纤维。 1.2直接溶解法: 1.2.1 碱水溶液体系 : 很久以前人们就尝试用氢氧化钠(Na0H)水溶液来溶解纤维素,但 是都出现了很多问题
9、,影响了实验进展,因为溶解所需时间长,而且只 能溶解一些比较特殊的纤维素,还要在溶解前需要对纤维素进行比较 复杂预处理 ,如蒸汽闪爆处理等,但是由于NaOH 水溶液是溶解纤维 素的溶剂中最便宜的 ,因此人们对这一溶剂体系的研究一直没有停止 过,1984 年,日本 Kamide 等人在特定条件下制得具有非结晶态结构 的铜氨纤维 ,当温度为4时,再生纤维素能完全溶解在质量百分数8 一 10的氢氧化钠溶液中。 1.2.2 碱/尿素或硫脲 /水体系: 20 世纪 70年代,Suvorova报道了在 NaoH 溶液中添加一定量的尿 素(urea)有助于溶解纤维素 ,而且不会造成纤维素的降解,Kamide
10、 等也 报道了经闪爆处理过的木纤维素能很快溶解在含8%一 10%(质量百 分比)尿素的 NaOH/尿素水溶液中 ,张俐娜对上述体系进行改进,通过 调节尿素的含量 ,使得溶剂体系能够很好地溶解包括棉纤维素在内的 多种纤维素 ,在此基础上 ,他们还陆续发展了 NaOH/硫脲水溶液,LiOH/ 尿素水溶液和LiOH/ 硫脲水溶液等多种纤维素溶剂体系。LIOH/ 尿素 水溶液与氢氧化钠 /尿素/水体系类似 ,能溶解更高分子量的纤维素,这 足囚为 Li 半径要比 Na 小许多,更易进入纤维素内部 ,破坏纤维素的结 构。 1.2.2 铜氨溶液体系: 铜氨溶液是最早用来溶解纤维素的溶剂,除铜氨溶液外 ,部分
11、过渡 金属的乙二胺溶液也可以用于溶解纤维素,两者的溶解原理一致,溶 液中的铜氨络合离子能与纤维素反应形成醇化物或者分子化合物,通 过这种反应使纤维素溶解。 1.2.3 离子液体溶剂体系 : Swatlski 发现离子液体在常温条件下只能润湿纤维素纤维,而无 法将其溶解 ,但加热至 100110,就能发现纤维素能够缓慢溶解在某 些含 Cl- ,Br-,SCN-阴离子的离子液体中 ,进而得到一系列纤维素溶 液,离子液体溶解纤维素。 三:制备纤维素溶剂的一些专利: 1)张丽娜 :一种溶剂组合物及其制备方法和用途: 190 克 6.5 wt% NaOH/15wt%尿素混合水溶液 (将氢氧化钠和尿素 按
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