不同交联剂对再生纤维素膜性能的影响文献综述

 2022-07-26 02:07

在环境与能源问题日趋严重的今天,可持续发展成了维护人类社会发展的重要战略。纤维素来源于广阔的自然界,是取之不尽用之不竭的可再生资源,并能广泛应用于纺织、造纸、精细化工等领域。每年地球上生长的植物纤维素都可达数亿吨,远远超过现有的石油总储量。[1]纤维素是自然界中分布最为广泛的、储量最大的天然可再生资源,具有环境友好、生物相容性、易于改性等优点,被认为未来能源、化工领域的主要原料。但是,由于纤维素分子间与分子内存在大量的氢键,难以实现熔融加工以及溶解再生,在以纤维素为原料制备各种先进功能材料的过程中尚存在着巨大挑战。同时,如何充分高效地利用纤维素并拓展其在先进材料领域的应用也是值得重点关注的课题。

通过化学改性可使纤维素具有一些特定的属性,从而成为能满足更多用途的功能材料,例如纤维素膜等。但是纤维素膜具有强度过低的缺点,严重影响了其下游产品的开发。因此,对于纤维素膜的改性研究正成为国内外研究人员关注的热点问题。

自古以来人们就懂得用棉花织布、用木材造纸。但是直到1838年,法国科学家Anselme Payen对大量植物细胞经过详细分析才发现他们都具有一种相同的物质,他通过元素分析法确定了这种物质的分子式为C6H10O5。1939年的法国学术会议上将Payen发现的这种物质命名为纤维素(cellulose)[2-4]

1920年,Staudinger 首次对纤维素进行乙酰化和脱乙酰化反应,并认识到纤维素不是简单地由小的葡萄糖低聚物通过二级键聚合在一起,它是由很多D-吡喃葡萄糖酐(1-5)彼此以beta;-(1,4)糖苷键连结而成的线性巨分子,其化学式为C6H10O5,化学结构的实验分子式为(C6H10O5)n[8,9]。纤维素的重复单元是纤维二糖,结构式如图2-1所示,纤维素二糖的C1位上保持着半缩醛的形式,有还原性,在位C4上留有一个自由羟基,说明纤维素二糖的葡萄糖酐间为(1-4)苷键连接。纤维素通过在C1-O-C4的beta;-糖苷键连接而成的线性结构形成纤维素二糖的重复单元,纤维素的这种线性结构一般有1000-1500个糖苷单元。

图1纤维素二糖结构重复单元

对于国内的研究状况,主要有杨光等人[5]由纤维素铜氨溶液与不同体积比(1-10%)的聚乙烯醇(PVA)水溶液共混制备了一系列再生纤维素共混膜。

李娜等[6]对再生纤维素分离膜制备的研究,介绍了近年来国内外再生纤维素分离膜制备过程的研究状况 ,主要针对制膜过程中采用的溶剂、添加剂、凝胶工艺以及改性方法进行了综述。用微相分离法制备不同孔径的再生纤维素微孔膜。由流速法和电子显微镜测定了它们的孔径,研究了它们的透过性和力学性能,并且与一般铜氨法再生纤维素膜进行比较。结果表明,该膜具有较好的力学强度和韧性,较高的筛分性,特别是这种膜的透水速度比一般膜高两倍。上述性能的改善可归因于微相分离法使膜形成大量直通孔道。

翟蔚等[7]以农林废弃物皇竹草茎为原料,采用蒸汽爆破和乙醇自催化制浆的方 式分离出纤维素,将其溶解在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯代盐([bmim]C1)中形成纤维素溶液并在水中再生得到纤维素膜。[8]他们的实验表明,汽爆采用 1.55 MPa,维压5.45 min;乙醇制浆采用60%(V/V)乙醇溶液,160℃,维持2 h,可制备出alpha;-纤维素含量达到92.65%,聚合度620,灰分低于0.3%的皇竹草纤维素.离子液体溶解并在水中再生的纤维素膜是一种无大孔结构的致 密膜,其拉伸强度和断裂伸长率分别达到了165 MPa和5.90%,具有良好的液体渗透性能.

曹延娟等[8]以天然生物质棉纤维为原料,采用氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺(Li Cl/DMAC)溶解体系对其进行活化处理,配置不同质量分数的纤维素有机溶液系列,在不同凝固浴条件下,采用KW-4A匀胶机高速旋涂成膜和AFA-Ⅱ自动涂膜器低速平推成膜2种工艺,制备再生纤维素薄膜系列。

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