纤维素的溶解及其聚合度的研究文献综述

 2022-07-26 02:07

随着人类对石油煤炭等不可再生资源开发利用,煤炭石油的储备持续下降,以及人们对温室气体排放所带来的日益严重环境污染问题的关注和重视[1],使得人类寻找并开发利用具有生物可降解性和环境协调性的材料变得更加迫切。

在众多的可再生资源中,纤维素是地球上最丰富的可再生的天然高分子,它的来源广泛,是构成植物细胞的基本成分,在草本植物中大约占有10%到25%,在木材中大约占有40%到53%,在亚麻等韧皮中大约占有60%到85%,在棉中高达90%,而且每年通过光合作用产生的纤维素达1000亿吨以上[2]

传统的溶解方法有铜氨法(很难完全回收,污染严重)粘胶法(生产过程中和产物会污染空气和水,破坏生态环境,操作费用昂贵)醋酸法等等,造成环境污染,环保问题无法解决,这就促使人们探寻新的绿色的溶解体系。

纤维素相比于其他材料,它具有优良的生物降解性,优良的生物相容性,对生物体和环境无毒无害,抗水性强,成本低,可对其接枝改性,因此纤维素作为基质材料的潜在应用范围非常广泛。广泛应用于化工、医药、建筑、油田化学和生物化学等领域[3]

虽然纤维素在纤维、造纸、膜、涂料、聚合物等方面广泛应用,但是利用量仅为其年产量的0.002%,这主要是由纤维素特殊的分子结构和性质导致的。纤维素是由纤维素二糖(Cellobiose)重复单元通过beta;-1, 4-D-糖苷键连接而成的线型高分子,分子上带有强极性的羟基中的氢原子,与氧原子上的孤对电子互相吸引,而导致了纤维素的分子内与分子间均存在着强烈的氢键作用,正是由于这样的强氢键的作用及分子内大量的极性羟基,使得纤维素分子结合十分紧密,从而导致了化学试剂很难进入纤维素分子中并与其发生化学反应,所以在利用纤维素的过程中,纤维素的溶解是必须攻克的一个关键性问题。

而对于新型的溶解体系研制基本遵循绿色环保和溶剂的溶解性强的原则。21世纪环保是人类发展的重要问题,因此,开发绿色环保的纤维制品将是新型纺织纤维工业的重要课题。利用离子液作为溶剂进行纤维素的溶解,由于其本身具有不会对环境造成污染,绿色环保,且可回收再利用等特点,近年来逐渐成为一个研究热点。开发溶解性更好、操作更简便、制作周期更短的新型离子液溶解体系,将会是未来纤维素溶解的一个大的方向[4]。对于发展绿色化学和促进人类可持续发展具有重要意义。

本课题是以65%的ZnCl2盐溶液溶解以微晶纤维素MCC或棉短绒或者是溶剂的比例为7wt%NaOH,12wt%wt尿素,81wt%去离子水溶液作为溶解体系来溶解微晶纤维素MCC或棉短绒,从而探究溶解后的纤维素分子量大小变化以及溶解时间、溶解温度等因素对溶解后的纤维素分子量大小是否有影响,有什么样的影响。

纤维素是由beta;-1, 4-D-糖苷键连接而成的一种线型高分子,分子量处于5times;103- 2.5times;106 [5]之间,分子结构如图1所示。该聚合物包含三个羟基,分别是C2, C3位上的仲羟基和C6位上的伯羟基,所以纤维素的亲水性很高。

图1 纤维素的分子结构图

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