纤维素总结要点

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：口 纤维素，b -纤维 素，丫-纤维素，% 纤维素指的是聚合度大于200的纤维素，（3-纤 维素是指聚合度为10 200的纤维素，丫-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 和造纸业的重要原料，当前，纸己经成为社会发展的

2、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物降解材料,必须对其进行改性，纤维素改性的方法主要有

3、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 "

4、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

5、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

6、 ,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

7、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

8、.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 ,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

9、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810%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）w助于溶解纤维素，而且不会造成纤维素的降解，kamide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

10、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/硫月尿水溶液，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。1.2.3 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。1.2.4 离子液体溶剂体系 ：swatlski

11、 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100 110 ,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比例混合，加水配成该溶剂组合物 ） ，置于 -5冰盐浴中冷却，然后加入 10 克棉短绒浆（聚合度 500 ）快速搅拌，得到透明的纤维素溶液。落球法测该纤维素溶液粘度约为60 pa $在1-2 mpa大气压力下用 400 目纱

12、布及府绸过滤， 溶液可完全过滤， 所得溶液中无肉眼可见纤维存在。纤维素完全溶解，得到溶解度为100%的纤维素透明溶液。该方法的创新点：首次发明可直接快速溶解纤维素的氢氧化钠和尿素水溶液溶剂组合物及其制备方法。 本发明涉及的氢氧化钠和尿素水溶液可直接快速溶解天然纤维素（棉短绒浆、草纤维浆、甘蔗渣浆、软木浆、硬木浆等 ）和再生纤维素（无纺布、玻璃纸、粘胶短纤、长丝等），并可得到高溶解度（溶解度可达100）的透明的纤维素浓溶液。2）张军：用离子液体溶解纤维素：称取 1. 0g 浆粕纤维素撕碎后在150m1 naoh 水溶液 （20%） 中浸泡2h 后，用乙醇清洗三遍，真空干燥后待用。称取2.0g 真

13、空干燥的emimac离子液体，加入0. 06g活化纤维素，在80c油浴中加热，并进行磁力搅拌。随着时间的延长，纤维素先发生溶胀; 随即形成浑浊的溶液，偏光显微镜下观察有明显的纤维丝存在;最后，溶液逐渐变得澄清透明，在偏光显微镜下观察，满视野呈黑色，说明纤维素完全溶解，整个溶解过程为24小时，由此制得浓度为2. 91wt%的纤维素溶液。3）张丽娜：一种溶剂组合物及其制备方法和用途：取再生纤维素 （粘胶短纤 ）15 克，加入 185 克 8 wt%naoh/4 wt%硫脲混合水溶液，在5中搅拌 5 分钟，得到透明的纤维素溶液。用超速离心机在8000 转/分钟，15下离心30 分钟，纤维素溶液较离心

14、前没有发生变化。倒出纤维素溶液，离心筒底部无胶团沉淀，所得溶液中无肉眼可见纤维存在。 再生纤维素（粘胶短纤）完全溶解。7-10下保存一周依旧稳定。该方法的创新点：该方法以价格便宜且无污染的氢氧化钠和硫脲为溶剂，通过在-105条件下 10 到 15 分钟快速溶解纤维素。 由此得到透明的纤维素浓溶液， 保持了很好的纤维可纺性和膜的成型性， 可用于纺丝或制膜;与粘胶法和纤维素氨基甲酸酯法等衍生化溶解工艺有着本质上的不同，该发明以天然纤维素为原料，整个过程无化学反应发生，比传统的粘胶纤维工艺减少了碱化、老成、磺原酸化和熟成等工艺 ;同时原料消耗少，生产周期短，工艺流程简单。4）张丽娜：一种溶剂组合物及

15、其制备方法和用途：200 克 3.0 wt% lioh/6.0 wt% 硫脲混合水溶液， 加入 20 克再生纤维素 （粘胶短纤，聚合度300）搅拌后置于冰箱（约-20 ）中冷冻3-5 小时。然后在室温下解冻，搅拌后得到透明的纤维素溶液。用超速离心机在10000转/分钟，15下离心30分钟脱气泡，离心筒底部无胶团沉淀。该方法的创新点：首次发明可溶解高分子量纤维素的氢氧化锂和硫脲水溶液溶剂组合物及其制备方法。 该发明涉及的氢氧化锂和硫脲水溶液可通过冷冻 -解冻方法或者直接方法溶解天然纤维素（棉短绒浆、草纤维浆、甘蔗渣浆、软木浆、硬木浆等）和再生纤维素（无纺布、玻璃纸、粘胶丝等 ） ，并可得到高溶解

16、度（溶解度可达100%）的透明的高分子量纤维素浓溶液。其特点在于可通过直接方法溶解纤维素，生产周期短，工艺流程短，以利于工业化生产。与已申请的专利相比，本发明解决了高分子量纤维素在水体系中的溶解问题，因此有明显的技术进步和更广泛的应用前景。 所得到透明的纤维素浓溶液， 保持了很好的纤维可纺性和膜的成型性， 可用于纺丝或制膜。 这种新溶剂可用于制备再生纤维素膜、共混膜、纤维素/纳米粒子功能膜、纤维、无纺布。也可用作纤维素衍生化的反应介质。5）金华进：氢氧化钠、硫脲、尿素、水四元体系溶解纤维素：取棉浆粕（聚合度dp=600）6克，加入100克9.5%氢氧化钠/5.5%硫脲/4%尿素混合水溶液中（溶

17、液预冷至0 ） ，然后在0 （通过冰水浴控温） 强力搅拌5 分钟，得到透明的纤维素溶液。用超速离心机在 8 000转/分钟，10下离心30分钟，纤维素溶液较离心前没有发生变化。倒出纤维素溶液， 离心筒底部无胶团沉淀，所得溶液中无肉眼可见纤维存在。再生纤维素完全溶解。该方法的创新点：该发明首次采用氢氧化钠 /硫脲/尿素/水四元复合体系溶剂溶解纤维素，对纤维素具有很强的溶解能力，能快速溶解纤维素， 该溶剂比武汉大学张丽娜教授等发明的氢氧化钠、 硫脲、 水三元体系溶剂以及氢氧化钠、尿素、水三元体系溶剂具有更强的溶解能力，张丽娜教授发明的溶剂只能溶解聚合度较低（dp=600）的棉浆粕，对聚合度大于14

18、00 的棉浆粕没有溶解能力，而本发明制得的溶剂对聚合度大于1400 的棉浆粕依然有较强的溶解能力，为制备高强度纤维提供了基础。 在相同条件下， 该溶剂制得的溶液比张丽娜教授的溶剂制得的溶液更稳定，凝胶点出现的时间延长，当溶液固含量小于 6% 时，可静置脱泡或抽真空脱泡，可纺性更好，因此更有利于工业化生产。 用该法制得的纤维素浓溶液， 有很好可纺性和膜的成型性， 可用于纺丝和制膜。四：纤维素溶剂的应用1） 纤维素膜的制备：1.1 包装膜：由纤维素制备的可降解膜是安全的， 且对环境友好。 利用可再生资源制备生物质材料不仅有助于健康生态系统， 也由于它们优越的性能使其在工业上有应用前景。 现在， 大

19、规模商业应用生物质包装材料是基于纤维素，且纤维素材质板和纸已经用在包装工业几个世纪了。通过粘胶路线制备的玻璃纸是最普通的纤维素基包装膜。 然而， 粘胶法使用的cs2将会导致环境污染。相比之下，用naoh/尿素水溶液溶 解纤维素是无毒和廉价的过程，它有希望用来生产再生纤维素膜。1.2 光致发光复合膜：再生纤维素膜能分别用荧光染料处理或与光致发光色素共混来制备新型光致发光和长余辉复合膜。 此复合膜分别显示出炫丽的颜色（黄-绿到蓝-绿 ） ，表现出高度的均一性和致密的表面。表明纤维素和荧光染料或光致发光碱土金属铝酸盐颗粒有极好的相容性1.3 纤维素徽孔功能化膜：naoh/尿素水溶液用5 wt%h2so4,10 wt% na2s04水溶液作为凝. 这将是一个潜在的制备用于分离技术的不同孔径再生纤维素膜的新方法。2)纤维素微球的制备：天然高分子微球已经广泛应用于色谱、 分离科学、 可控制载体和贮藏体、生物医药支撑体、环境和催化剂基体、食品方面、医药工业领域等领域。3) 纤维素水凝胶的制备：3.1 超吸水纤维素水凝胶：作为一种有吸引力的软物质材料,水凝胶用作食品、食品包装、药品、农业、个人护理产品和电子产品,已经成为了广泛研究的焦点.3.2 杂化纤维素水凝胶：据悉，杂化水凝胶在fluor 免疫领域具有广阔的应用，并作为药物传递载体和伤口愈合的监测系统。通过纤维素和 cdse/zn