纤维素接枝共聚的研究进展
丙烯酸接枝纤维素合成条件探究
丙烯酸接枝纤维素合成条件探究江蓉，方红霞（黄山学院化学化工学院，安徽黄山 245041）摘要：以竹炭纤维和丙烯酸为主要原料，采用溶液聚合的方法成功合成纤维素接枝丙烯酸共聚物，通过正交试验设计，确定了该合成反应的最优反应条件.关键词：纤维素；接枝；丙烯酸中图分类号：TQ352.72文献标识码：A文章编号：1673-260X（2021）07-0211-021 引言纤维素是大自然生物体内存在的一种分子量特别高的化合物，为一种可持续发展的资源[1].如果对纤维素进行接枝共聚赋予纤维以新的功能（如耐磨性、亲水性、抗静电性、抗菌性、弹性、染色性、阻燃性和耐热性等）研究出具有高技术含量的特殊功能新材料，具有一定的实用意义.[2-5]本文以过氧化氢为引发剂，成功引发丙烯酸接枝纤维素.探究了反应温度、反应时间、引发剂浓度、预处理温度等因素对反应的影响.2 实验部分2.1 主要试剂试剂：竹粉（100目），双氧水，丙烯酸，氢氧化钠，硫酸亚铁，高锰酸钾，均为分析纯.2.2 实验方法为了更好地优化、选择实验条件，进行正交实验.因此选择了几个重要因素如下：2.4.1 竹纤维的处理称取一定量竹粉置于30％双氧水溶液中浸泡处理0.5h.2.4.2 竹纤维接枝共聚物的合成在烧杯中竹粉置于30％双氧水溶液溶液中预处理半小时至充分溶胀取出，抽滤溶液后，放入四口烧瓶中加入少量的水，在机械搅拌下加入定量的丙烯酸，在一定的温度下进行聚合反应.体系爬杆后，停止搅拌，待反应到预定的时间下取出物料.2.4.3 接枝物的纯化本实验将粗产物用氢氧化钠水溶液中和至预定PH值，趁热抽滤，抽滤的滤液为沸水均聚物物和未参加反应的竹纤维素以及其他物质小分子等，把滤饼放入恒温箱中在70℃下干燥至恒重，得到纯净的竹纤维接枝产物，产物为淡黄色丝状物[15].3 结果与讨论3.1 正交实验结果：由表3-1可见因素显著性顺序为B-C-D-A，优水平组合为A1B3C4D4.3.1.1 预处理温度对接枝率和接枝效率的影响过氧化氢是一类强氧化剂，由于它的的氧化性受到温度的影响，实验采用30%过氧化氢对竹纤维进行提前处理，主要使纤维素在30%过氧化氢和纤维素的混合体系中发生溶胀，并且在整个处理过程中过氧化氢和纤维素形成氧化还原体系，使得体系中产生大量自由基，因此，采用加热预处理来引发接枝聚合可大大提高丙烯酸与竹纤维的接枝率和接枝效率.当过氧化氢处于作为氧化剂氧化的最佳温度100℃时.过氧化氢的氧化活性最大，纤维素的溶胀程度变大，从而产生的自由基增多.RO·的活化中心的活性变大，聚合产物接枝率和聚合产物的单体接枝效率也可能变大.3.1.2 聚合温度对反应的影响在化学反应中，温度是对反应速率和产物结构有影响的重要因素.当反应发生时随着温度的上升，接枝率和单体接枝效率明显增大.这是由于温度提高产生的游离自由基浓度就越大，与单体接枝反应量就越多.但温度继续上升，接枝率和接枝效率反而降低，这是由于温度升高，使得引发各个反应的活化能增大，温度上升，反应速率增大，单体转化率增大.但是聚合反应的接枝率和接枝效率反而降低.3.1.3 引发体系中氧化剂的量对反应的影响当其他因素保持不变时，在一定范围内随着双氧水的量增加，接枝率和单体接枝效率都会上升，那是因为增大双氧水的量，等同的竹纤维量的条件下，双氧水与纤维素作用越充分，产生的过氧酸分子就越多，从而分解的纤维素大分子链自由基和氢氧自由基就越多，形成的活化中心就越多，与丙烯酸单体接枝分子就越多，因此接枝率和接枝效率就越高.当双氧水过量时，生成的氢氧自由基越多，引发均聚反应，产生的副反应自由基越大，发生终止反应速率增大，单体接枝效率降低.3.1.4 聚合时间对反应的影响实验保持其他因素不变的情况下，丙烯酸与纤维素的接枝率和接枝效率随着时间的增加而迅速增大.由于纤维素经双氧水预处理反应，刚开始产生大量自由基，短时间内迅速发生聚合反应.接枝率和单体接枝效率迅速变大.但随着反应的进行，纤维素大分子自由基浓度迅速降低，丙烯酸单体迅速减少.因此当时间到达一定后，时间的增加，接枝率和接枝效率的增加趋势也趋向于平缓，时间继续增加，接枝率和接枝效率基本保持不变，基于从产物性能和经济的原则考虑，本实验最佳反应时间为3h.3.2 在引发剂中加入亚铁离子对反应体系的影响查表得过氧化氢引发体系为活化能为217.7/kJ.mol-1.过氧化氢与氯化亚铁体系引发体系活化能为50.7/kJ.mol-1.且由下表的数据和正交试验表对照可以看出当微量亚铁离子加入到双氧水形成的氧化还原体系中，能很大程度的降低反应体系的活化能，所以在反应中加入亚铁离子，形成亚铁离子双氧水氧化还原体系，使体系中的纤维素大分子链自由基与氢氧自由基活性点明显降低，从而丙烯酸单体更容易发生聚合反应，所以反应体系的接枝率和接枝效率明显提高.4 结论（1）用过氧化氢作为引发剂能够有效引发竹纤维与丙烯酸的接枝共聚反应，且得到最优化条件为：纤维素与丙烯酸的质量比为1：3，室温预处理时间4h，加热温度为60℃.（2）相同条件下，加入亚铁离子可以明显提高接枝率和接枝效率.参考文献：（1）张兴英，赵京波.高分子化学[M]．北京：化学工业出版社，2021.256-258.（2）苏茂尧，丁新颖.纤维素经铈离子引发丙烯酸接枝共聚机理研究[J].华南理工大学学报（自然科学版），1994（06）：119-125. （3）王溪溪，孙金余，任文等.竹纤维与丙烯酸接枝共聚反应的研究[J].长江大学学报（自科版），2021，（3）：46-48.（4）宋荣钊，陈玉放，潘松汉，等.超细纤维素与丙烯酸接枝共聚反应规律的研究[J].纤维素科学与技术，2021（4）：11-20.（5）孙琳，路乃群，王存国.K2S2O8/Na2S2O3引发淀粉与丙烯酸接枝产物吸水性能的主要影响因素[J].化工科技，2021，16（1）：8-11.。
羧甲基纤维素-丙烯酰胺接枝共聚的工艺条件研究
１ 实验部分
１．１ 原 料与 试 剂 羧 甲基纤维素 （ＣＭＣ），分析纯 ，上海 阿拉丁
生化 科 技股 份有 限公 司。丙烯 酰胺 （ＡＭ ），分 析 纯 ， 天津 博迪 化 工股 份 有 限公 司 。Ｎ，Ｎ 一亚 甲基双 丙烯 酰 胺 （ＭＢＡＭ），分 析纯 ，天津 市 凯通 化学 试剂 有 限公 司 。 过硫 酸 铵 （ＡＰＳ），分析 纯 ，天津 市 博迪 化工 有 限公 司 。亚 硫 酸氢 ￥［￣（ＮａＨＳＯ，），分析 纯 ，上 海 阿拉 丁 生 化科 技 股份 有 限公 司 。 １．２ 接 枝 共聚 物 的制备
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｒａｆｔ Ｃ ｏｐｏｌｙｍ ｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｘｙｍ ｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｗ ｉｔｈ Ａ ｃｒｙｌａｍ ｉｄｅ
Ｄ ＯＮＧＸｕｅ，ＳＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｘｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｘｉ Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）
摘 要 ：以羧 甲基 纤维素 （ＣＭＣ）为接枝底物 ，丙烯酰胺 （ＡＭ）为接枝单体 ，过硫酸铵和亚硫 酸氢钠为
引发剂 ，Ｎ，Ｎ 一亚 甲基双丙烯酰胺 （ＭＢＡＭ）为交联剂 ，制备羧 甲基 纤维素一丙烯酰胺接枝共 聚物 。对 ＣＭＣ／ＡＭ
质量 比、ＭＢＡＭ用量 、引发剂用量 、反应温度 、反应时 间等 因素对反 应的影响进行 了探讨 。结果表 明，聚合的
在 带 有 冷 凝 管 、搅 拌 器 的烧 瓶 中 ，加 入 ＣＭＣ 和蒸 馏 水 ，氮气 保 护下 升 温搅拌 使 其溶 解 。温 度设 定 为反 应 温度 ，依 次 加入 ＡＭ、ＭＢＡＭ，１０ ｍｉｎ后加 入 过硫 酸 铵 、亚硫 酸 氢钠 ，反 应数 小 时 。产物 用 乙 醇 沉淀 ，洗涤 ３次 ，真空 干燥 ，得 到 接枝 共聚 物粗
纤维素接枝共聚动力学研究
ｅ ｕ 水 能力 又 能保 持 基 本 强 度 和 纤 维 形 态 的 功 能性 吸 式 中 ：ｍ固 为 粗 接 枝 产 物 质 量 ， ｍｃ 为 棉 短 绒 质 为 水和 吸 附 材 料 Ｌ ， 在 生 理 卫 生 、农 林 园 艺 、 土 木 量 ， ｍ。 丙烯 酰 胺或 丙 烯腈 的单 体 质量 ． ３ Ｊ ．． 建筑 、 日用 化工 、保 鲜 和 医药 等 方 面有 广 泛 的 应 １３ ２ 共 聚反 应初 始 聚 合 速 率
文章 编号 ：０ ６—５ ４ ２ ０ ）２—０ ８ １０ ４ Ｘ（ ０ ２ ０ １ ８—０ ４
纤维素接枝 共聚动 力学研 究
彭 锦 雯
（ 桂林 工学 院 材料 与化学 工 程系 ，广 西 桂林 ５ １０ ） ４０ ４
摘
要 ：采 用 硝酸 铈铵 引发 纤 维素 与 Ａ 及 Ａ 的 接 枝共 聚 反 应 ；考 察 了 单 体 种 类 、单 体 Ｍ Ｎ
容．
图 ２ 单体种类对转化率与 时间关 系的影响
Ｆｇ． Ｔｈ ｆｅ ｔｏ ｏ ｏ ｅ ｙ ｅｏ ｈｅｃ ｎｖ ｒｉｎ ｒ ｔ ｉ ２ ｅ ｅｆ ｆｍ ｎ ｍ ｒｔ ｐ ｎ ｔ ｃ ｏ ｅ ｓｏ ａｅ １ ＡＮ ： ２ ＡＭ 一 一
日益增 加 ，将 天 然 纤 维 素 改 性 制 备 高 吸水 性 材 料 恒温 水浴 ．准 确 称 取 棉 短 绒 、丙 烯 酰 胺 和 蒸 馏 水
和 吸 附材 料 的研 究 极 为 活 跃 ．对 天 然 纤 维 素 改 性 加 人 四颈 烧 瓶 中， 通 氮 驱 氧 ２ ｎ 加 人 引 发 剂 ０ｍｉ， 的途径 有 ３个 Ｌ ：交 联 纤 维 素 、交 联 纤 维 素 衍 生 在 预定 温度 下 进行 聚合 反 应 ．间 隔 一 定 时 间取 样 ， １ Ｊ 物 和接 枝 共 聚 纤 维 素 ．其 中接 枝 共 聚 纤 维 素是 利 测定 聚合转 化 率 ．
纤维素与己内酰胺的接枝共聚反应(1)
功 能 高 分 子 学 报Journ al of Functional Polymers Vol.24No.12011年3月收稿日期:2010 09 17基金项目:山西省国际科技合作项目(2007081029;2009081046)作者简介:刘治国(1986 ),男,天津人,硕士生,主要研究方向:生态环境材料。
E mail:ailuo_bae@通讯联系人:贾虎生,E m ail:jia_hu sheng@ 纤维素与己内酰胺的接枝共聚反应刘治国, 高晓月, 王淑花, 贾虎生(太原理工大学材料科学与工程学院,太原030024)摘 要: 以过硫酸铵和过硫酸钾为引发剂,在碱性环境下进行纤维素与己内酰胺的接枝共聚反应。
采用红外光谱仪(FT IR)、扫描电子显微镜(SEM )及X 射线衍射仪(XRD)对接枝共聚物的分子结构、表观形貌和结晶性进行了表征。
通过单因素实验重点考察了单体用量、引发剂浓度、反应温度和反应时间等对接枝共聚物接枝率的影响。
结果表明:以3g 纤维素为原料,当单体与原料质量比为1 1、引发剂浓度为0.2mo l/L 、反应温度30 C 、反应时间75min 时,接枝率最高可达57%。
由XRD 衍射图谱可知,接枝反应发生在纤维素的无定形区,没有破坏原纤维素的结晶结构。
关键词: 纤维素;接枝共聚;己内酰胺中图分类号: TQ35 文献标志码: A 文章编号: 1008 9357(2011)01 0076 06Graft Copolymerization of Caprolactam on CelluloseLIU Zhi guo, GAO Xiao y ue, WANG Shu hua, JIA H u sheng(Colleg e of M aterials Science and Engineering ,T aiyuan U niv ersity o f Technolog y,Taiyuan 030024,China)Abstract: The copo lymerization of caprolactam (CPL )o nto cellulose using po tassium persulfate and amm onium persulfate as reaction initiator w as studied.T he molecular structure,m orpho logy and cr ystal linity of gr aft copo lymer w ere char acterized using infrared spectrom eter (FT IR),scanning electron micro scope (SEM)and X r ay diffracto meter (XRD).Effects of various reaction parameters o n g rafting ratio,such as mass of monom er,concentratio n o f initiator,reaction tim e and reaction temperature w ere evalua ted.Results sho w that the optimum conditio ns are as follo w s:the mass ratio of monomer to cellulose 1 1,initiator concentration 0.2m ol/L,reaction temper ature 30 C,reaction time 75min.The grafting ratio r eached 57%under the optim um co nditions.T he g rafting o ccurs m ainly on the sur face and w ithin the amorphous r eg io n of the cellulose,and the cr ystallinity is no t destro yed.Key w ords: cellulose;graft co po lymerizatio n;caprolactam目前,全球性环境污染问题的日益加剧和自然资源过度消耗对可持续发展造成很大威胁,纤维素作为地球上可再生的有机天然高分子资源已得到越来越多的重视。
纤维素功能化研究进展及其前景
域。较新 的纤维素酯制备方法 主要是采用聚合度较 低的阔叶木硫酸盐溶解浆、 机械浆或 由蔗渣制得的溶 解浆为原料 ， 进行纤维素的均相酯化反应 Ｊ 。纤维素
酯 又可 分为 纤 维 素 无 机酸 酯 和 有 机 酸 酯 。纤 维 素 无
光转移到地球上的可再 生资 源上 。纤维素是地球上 最丰富的可再生资源 ， 纤维素的功能化一直是人们研 究的热点。尤其是 在在 ２ ｌ 世纪的今 天 ， 随着世界各 国对环境污染问题 日益关注和重视 ， 加紧对纤维素功 能性 的研究 和 开发是 十分 必要 的… 。
合物在 １ ３ ０ ｃ Ｃ 下分馏 ２ ｈ ， 降温至 １ ０ ０ ｃ Ｃ 加入 ５ ０ ％乙 醇与过量的脂肪酸酰氯反应， 沉析出均相纤维素酯 ， 然后过滤纯化 ， 得到完全取代的长链纤维素酯 ， 用其 制成的膜水蒸气透过受 阻， 但 保持 良好 的氧气透过 性， 因此该纤维素膜可用于食品包装和保存。 的性能而不改变纤维素的原有特征。纤 维素酯化 改 性和醚化改性虽然比纤维素有了较为 明显的优点 ， 但 其相对分子质量增加不多 ， 从而使其强度 、 黏度 等性 质受到了一定 的限制。而纤维索 的接枝共 聚改性是 对纤维素进行改性的另一种重要方法 ， 采用各种引发 体系， 使天然高分子产生 自由基 ， 然后与单体 接枝 聚 合， 通过接枝共聚可 以使纤维素的羟基和不同的链段 键接在一起 ， 使纤维改性 ， 赋予纤维特殊 的性能 。目 前 常用 的纤维 素 接枝 改 性 的方 法 主 要 包 括 自由基 聚 合、 离子型聚合 、 开环聚合、 原子转移 自由基聚合（ Ａ Ｔ － Ｒ Ｐ ） 等。 刘明华等¨ 以 自制的交联球形纤维素珠体为骨
液用 离心 机 在 ４ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ的速 度 下 离 心 处 理 １ ０ ａｉ ｒ ｎ ，
羧甲基纤维素--丙烯酰胺接枝共聚反应研究
羧甲基纤维素--丙烯酰胺接枝共聚反应研究
杨芳;黎钢;楚彦芳;郭丽
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2004(033)005
【摘要】研究了羧甲基纤维素-丙烯酰胺接枝共聚反应,对初始pH值、引发剂用量、单体浓度、初始温度等因素对反应的影响进行了探讨,得到了最佳反应条件:单体浓
度为20%,引发剂用量为300mg/L,初始温度为40℃,初始pH值为8,其影响作用的大小依次为:初始pH值、引发剂用量、单体浓度、初始温度.
【总页数】4页(P52-55)
【作者】杨芳;黎钢;楚彦芳;郭丽
【作者单位】河北工业大学,化工学院,天津,300130;河北工业大学,化工学院,天
津,300130;中石油大港石化分公司,天津,大港,300280;中石油大港石化分公司,天津,大港,300280
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.7
【相关文献】
1.N,N-二亚乙基双丙烯酰胺与魔芋葡甘聚糖接枝共聚反应的研究 [J], 吴绍艳;陈洁;祝媛媛;李琴;张丛兰
2.羧甲基淀粉与聚丙烯酰胺接枝共聚反应研究 [J], 刘培丽;沈国鹏
3.机械活化淀粉与丙烯酰胺反相乳液接枝共聚反应的研究 [J], 谢新玲;童张法;黄祖强;张友全;廖丹葵
4.黄原胶与丙烯酰胺接枝共聚反应的研究 [J], 李仲谨;王磊;程磊
5.过氧化氢-硫脲引发丙烯酰胺与玉米淀粉接枝共聚反应规律的研究——乙烯基类单体与淀粉的接枝共聚反应(Ⅷ) [J], 巫拱生;鲁德忠;胡应模;孙艳霞
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RAFT及点击化学结合制备双敏感型纳米纤维素接枝共聚物及其性能研究
RAFT及点击化学结合制备双敏感型纳米纤维素接枝共聚物及其性能研究张修强;董莉莉;朱金陵;任素霞;雷廷宙【摘要】The polymer grafted cellulose nanocrystals(CNCs)with stimuli-responsive properties had great potential applications in bio-medical materials,drug release and pickering emulsions. In this paper,we demonstrated a novel and efficient route for the preparation of CNCs grafted with Poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate)copolymers via a combination of RAFT and click chemistry. The alkyne-terminated PDMAEMA polymer was first synthesized by the RAFT polymerization,and then,the polymer was attached to the azide-modified CNCs via theCu(I)catalyzed [3+2]Huisgen cycloaddition. The copolymer was characterized with 1H NMR,FT-IR,TGA,UV-vis spectroscopy, and showed pH and thermoresponsive behaviors in aqueous solution.%具有智能响应行为的纳米纤维素接枝共聚物在生物医用，药物缓释，picking乳液方面具有潜在应用。
二醋酸纤维素和pet接枝共聚物的合成及表征
二醋酸纤维素和pet接枝共聚物的合成及表
征。
二醋酸纤维素和PET接枝共聚物的合成及表征
二醋酸纤维素（PVOH）是一种重要的高分子材料，它具有优异的物理
和化学性能，可以用于制备多种复合材料。
PET接枝共聚物是一种新型的复合材料，它是将PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）接枝到PVOH上，
以改善PVOH的性能。
二醋酸纤维素和PET接枝共聚物的合成主要包括两个步骤：首先，将PET接枝到PVOH上，其次，将接枝的PVOH与其他高分子材料共聚。
在PET接枝到PVOH上的过程中，首先将PVOH和PET混合，然后将其
加入过氧化氢（H2O2）溶液中，在高温下反应，使PET与PVOH发生水
解反应，形成接枝的PVOH。
在将接枝的PVOH与其他高分子材料共聚的过程中，首先将接枝的PVOH 和其他高分子材料混合，然后将其加入过氧化氢（H2O2）溶液中，在
高温下反应，使接枝的PVOH与其他高分子材料发生水解反应，形成二
醋酸纤维素和PET接枝共聚物。
二醋酸纤维素和PET接枝共聚物的表征主要包括：热分析（TG-DSC）、红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和动态光散射（DLS）等。
热分析（TG-DSC）可以用来测量材料的热稳定性，红外光谱（FTIR）
可以用来测量材料的结构，X射线衍射（XRD）可以用来测量材料的晶体结构，扫描电子显微镜（SEM）可以用来测量材料的表面形貌，动态光散射（DLS）可以用来测量材料的粒径分布。
通过上述表征，可以更好地了解二醋酸纤维素和PET接枝共聚物的性能，从而更好地应用于工业生产。
细菌纤维素的研究进展(DOC)
细菌纤维素的研究进展摘要：细菌纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超精细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。
概括细菌纤维素的性质，发酵过程，改性方法以及在生物医学材料上的应用。
关键词：细菌纤维素；改性；生物医学材料；应用0 前言细菌合成纤维素是在1886年由Brown首次报道的，是胶膜醋酸菌A.xylium 在静置培养时于培养基表面形成的一层白色纤维状物质。
后来在许多革兰氏阴性细菌，如土壤杆菌、致瘤农杆菌和革兰氏阳性菌如八叠球菌中也发现了细菌纤维素的产生。
细菌纤维素与天然纤维素结构非常相似，都是由葡萄糖以β一1，4一糖苷键连接而成的高分子化合物，此外，细菌纤维素相对于传统的纤维素资源又有其优势，如加工时不用去木质素，可合成高质量的纸张或者加工成任何形状的无纺织物，还可通过发酵条件的改变控制合成不同结晶度的纤维素，从而可根据需要合成不同结晶度的纤维素。
从纤维素的发现至今已有一百多年的历史，但由于无合适的实验手段以及纤维素的产量较低，因此多年来一直未受到足够重视。
近十几年来随着分子生物学的发展和体外无细胞体系的应用，细菌纤维素的生物合成机制已有了很深人的研究，同时在细菌纤维素的应用方面也有了很大进展。
1.细菌纤维素的结构特点和理化特性1.1化学特性经过长期的研究发现，BC和植物纤维素在化学组成和结构上没有明显的区别，均可以视为是由很多D-吡喃葡萄糖苷彼此以(1-4)糖苷键连接而成的线型高分子，相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子不在一个平面上，而是呈稳定的椅式立体结构。
日本的Masuda等采用13C和1H旋转扩散核磁共振分析了BC的纤维素结构，试验结果表明:在CP/MAS13C NMR图谱上出现共振线很大地分裂为低场线和高场线，其原因可能是高场线处的C4与微纤维中CH2OH的混乱的氢键结合在一起的构象不规则所引起的结构缺陷。
纤维素接枝聚合-概念解析以及定义
纤维素接枝聚合-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：纤维素接枝聚合是一种重要的化学修饰技术，通过在纤维素分子上引入聚合物链段，使纤维素获得新的功能和性质。
这一技术已经在多个领域得到广泛应用，例如材料科学、生物医学和环境治理等方面。
纤维素是一种天然存在于植物细胞壁中的有机化合物，其结构特点是由大量葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接形成的线性聚合物。
纤维素具有许多优秀的性质，例如生物可降解、生物相容性好、机械强度高等，因此具备广泛的应用前景。
然而，纤维素本身一般具有不溶性和不溶胀性，限制了其在某些领域内的应用。
为了改善纤维素的性质，并使其适用于更多的应用场景，科研人员不断探索纤维素接枝聚合技术。
这种技术利用化学方法将聚合物链段接枝到纤维素分子上，形成新的复合材料。
通过接枝聚合，可以赋予纤维素新的性质，例如可溶性、可降解性、生物活性等，从而拓宽了纤维素的应用领域。
本文将详细介绍纤维素接枝聚合技术的定义和原理，探讨其在不同领域中的应用，例如纤维素基复合材料、药物传递系统等。
同时，本文还将介绍纤维素接枝聚合的方法和技术，包括化学合成法、物理吸附法等。
最后，文章将总结纤维素接枝聚合的优势和挑战，并提出未来的发展方向。
通过对纤维素接枝聚合技术的深入研究和应用，有望为新材料的设计和合成提供新的思路和解决方案，推动相关领域的发展。
1.2文章结构文章结构的主要目的是为读者提供一条清晰的思路和逻辑框架，使他们能够更好地理解和阅读文章。
本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
首先，在引言部分，我们会对纤维素接枝聚合进行概述，介绍其背景和重要性。
然后，我们会概括介绍本文的主要内容和结构。
接下来，正文部分将详细讨论纤维素的特性，包括其化学结构、物理性质以及在工业和科学领域的应用。
然后，我们会阐述接枝聚合的定义和原理，解释其作用和机制。
接着，我们会详细介绍纤维素接枝聚合的应用领域，包括纤维素材料的增强、功能化以及生物医学等方面。
纤维素化学研究进展
纤维素化学研究进展一、本文概述纤维素，作为地球上最丰富的天然有机化合物，其化学研究进展对于推动生物质资源的高效利用、促进可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述纤维素化学研究的最新进展，包括纤维素的化学结构、性质、改性方法以及其在不同领域的应用。
通过深入了解纤维素化学的研究现状和发展趋势，可以为纤维素的高效转化利用提供理论支撑和技术指导，为生物质资源的可持续利用开辟新的途径。
本文将首先介绍纤维素的化学结构和基本性质，包括其分子结构、结晶度、可及性等方面。
随后，重点综述纤维素改性的方法和技术，包括化学改性、物理改性和生物改性等，以及改性后纤维素性能的变化和应用领域。
本文还将关注纤维素在不同领域的应用，如纤维素基材料、纤维素能源、纤维素生物降解等，以期全面展示纤维素化学研究的广泛应用前景。
通过本文的阐述，读者可以深入了解纤维素化学研究的最新进展和发展动态，为相关领域的研究和开发提供有益的参考和启示。
本文也期望能够激发更多研究者对纤维素化学研究的兴趣和热情，共同推动纤维素化学领域的发展和创新。
二、纤维素的来源与提取纤维素作为自然界中最丰富的有机聚合物之一，广泛存在于植物细胞壁中，为植物提供了必要的结构支撑。
由于其独特的化学和物理性质，纤维素在多个领域都有着广泛的应用，包括纺织、造纸、生物材料以及最近的生物能源等。
因此，对纤维素的来源和提取方法的研究具有重要意义。
纤维素的主要来源是植物纤维，如木材、棉花、亚麻、竹子等。
其中，木材是最常见的纤维素来源，由于其生长周期短、可再生以及资源丰富等特点，被广泛应用于工业生产中。
一些农业废弃物，如稻草、玉米秸秆等，也是纤维素的潜在来源，其利用不仅能实现资源的有效循环利用，还能为农业生产带来经济效益。
纤维素的提取通常包括化学法、生物法和物理法等多种方法。
化学法提取纤维素主要利用酸、碱或有机溶剂等化学试剂处理植物原料，使其中的纤维素与木质素、半纤维素等其他成分分离。
生物法提取则依赖于酶或微生物的作用，通过选择性降解木质素和半纤维素，实现纤维素的分离。
低粘聚阴离子纤维素接枝AMPS共聚物的研究
低 粘 聚 阴离 子 纤 维 素 接 枝 Ａ Ｓ共 聚 物 的研 究 ＭＰ
吴仁 涛 陶 秀俊 鲁敬 荣 朱振 广 ， ， ，
（ ． 山学院化学系 ， １泰 山东泰安 ２ １２ ；． ７ ０ １２ 泰山学院国有 资产管理处 ， 山东泰安 ２ １ ２ ） ７ ０ １
摘要 ： 为了探讨低粘 聚阴离子纤维素（ Ｖ—Ｐ Ｃ 接枝 磺 酸盐共 聚物 的耐 温性 能 ， ｃ 为引发 剂 ， 究 了 Ｌ Ａ） 以 ｅ 研 Ｌ Ｖ—Ｐ Ｃ水溶液与 ２一丙烯酰胺 一２一甲基 丙烷磺 酸（ Ａ 简称 Ａ Ｓ 接枝共聚反应 的最适宜 反应条件 。以红外 光 ＭＰ ）
ａｏ ． ｔｒ
ｅ ｇ ａｔ ｏ ｏｙ ｒ ｓｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ａ ｓｏ ｓ ｅ ｔ ｍ ，ｔ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｅ 止 ｃ ｐ ｌ ｍｅ ｆ ｃ ｐ ｌ ｍｅ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｙ ｍｅ ｎ ｆＩ ｐ ｃｒ ｒ ｗａ ｅ Ｒ ｕ ｈ ｒ ｌ ａ ｉ ｔ ｆ ｈ ｓ ｉ ｈ ｔ ｏ ｏｙ ｒ
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山东农业大学学报 （ 自然 科 学 版 ） ０ ６ ７ （ ：６ ３— ２ ．２０ ．３ ４） ２ ６ ７
Ｊｕ ａ ｆＳ ａ ｄ ｎ ｇ ｉｕ ｕａ ｉｅｓｔ （Ｎ ｔｒｌＳ ｉｎ ｅ ｏ ｒ ｌｏ ｈ ｎ ｏ ｇＡ ｒ ｈ ｒ Ｕｎｖ ｒｉ ｎ ｃ ｌ ｖ ａｎａ ｃｅ ｃ ）
关键词 ： 聚阴离子纤维素 ； ２一丙烯酰胺基 一 ２一甲基丙烷磺 酸钠 ； 接枝共 聚 ；Ｓ Ｄ Ｃ分析
中图分类号 ：Ｑ ２ ． Ｔ ３５７ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０一 ３４ ２ ｏ ） ４— ２ ０ １０ ・ ２ （ｏ ６ ｏ ６３— ５ ２
ｓｒＵＤｌ巨 ｏ Ｆ ’Ｈ Ｅ ＲＡ重 ｒ Ｃｏ Ｐｏ ＬＹＭ Ｅ Ｒ ｌ ． Ｊ ｒ Ｇ ” Ｚ ｒＩ Ｎ Ｆ Ｍ ＰＳ ＮＴｏ ｏ ｏ Ａ ｏ
纤维素接枝共聚物的合成与功能
收稿 : 2009年 4月 , 收修改稿 : 2009年 6月 3 国家自然科学基金项目 (No. 20836004, 20974058)和国家重点基础研究发展计划 (973)项目 (No. 2009CB930602)资助 3 3 Corresponding author e2mail: yuanjy@mail. tsinghua. edu. cn
1 引言
纤维素 ( cellulose)是自然界广泛存在的一类天 然产物 ,以其优良的可再生性与生物循环性被认为 是世界上最有潜力的“绿色 ”材料之一 [ 1—5 ] 。纤维
素本身具有无毒无害 、价格便宜 、产量巨大的特点 。 近年来 ,其良好的生物可降解性 、生物相容性 、稳定 性与特殊的机械性能受到世界各研究小组越来越多 的关注与重视 ,一些学者认为纤维素是最有可能替 代石油的绿色生物资源 [ 6—10 ] 。
图 1 纤维素接枝聚合物的各种拓扑学形态 F ig. 1 The variety of topological architectures of cellulose
graft copolymers
2. 1 纤维素本体的接枝共聚物合成 纤维素本体的接枝共聚一直是纤维素合成领域
的难点 。因为纤维素本身难溶解 ,导致其很难与溶 剂形成均相的反应体系 。因而 ,寻找合适的溶剂及 化学环境 ,使纤维素本体的接枝共聚从非均相反应 到均相反应过渡 ,是发展的必然要求 。 2. 1. 1 纤维素本体非均相接枝共聚物合成
尽管纤维素同时具备上述优良特性 ,但其自身 也有熔点高 、分解温度较低 、溶解性差的缺点 。这主 要是因为纤维素特殊化学结构的影响 :纤维素是一 种多糖类生物大分子 ,由多个葡萄糖单元 ( glucose) 以 β2(1, 4)糖苷键相连接组成线性结构 ,分子量一 般较大 (Mw > 20 000 ) ,分布有大量活性羟基基团 , 由于其内部链间羟基的强烈氢键相互作用 ,使得纤
固相法微晶纤维素接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物的制备与表征
（ ＭＭＡ） 枝 共 聚 的反 应 规 律 。考 察 了含 水 量 、 应 时 间 与 温度 、 接 反 ＭＭＡ 单 体 和 引发 剂 用 量 等 因 素 对 接 枝 共 聚 反 应 的 影 响 。 实验 结 果表 明 ， 系含 水 质 量 分 数 为 ５ 左 右 ， 体 Ｏ ＭＭＡ 用 量 为 ＭＣ 质 量 的 ２ ． Ｃ Ｏ
至 恒 重 ， 得 接 枝 产 物 （ 作 ＭＣ 即 记 Ｃ—ｇ— ＭＡ） Ｍ 。
究生 ， 究方向为高分子改性与复合材料 。 研
＊基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ７ ０ １ ； 国 ５ ５ ３ ２ ） 广 东 省 自然 科 学 基 金 团 队 资 助 项 目（ ９ ７ ） ３ １２
过 硫 酸 铵 用量 为 ＭＣ Ｃ质 量 的 １ ， 应 温 度 在 ８ Ｏ 反 Ｏ℃ ， 应 时 间 为 ４ ｎ左 右 ， 得 到 接 枝 率 和 接 枝 效 反 ０ｍｉ 可
率 均 较 高的 接 枝 共 聚 物 。通 过 红 外光 谱 （ Ｔｌ ） 热 重 分 析 法 （ Ａ） 及 ｘ 射 线 衍 射 法 （ Ｒ 对 合 成 的 Ｆ Ｒ、 ＴＧ 以 Ｘ Ｄ）
接 枝 共 聚 物 进 行 了表 征 。
关键词 ： 晶纤维素 ； 微 固相 法 ； 接枝 共 聚 ； 甲基 丙烯 酸 甲酯 中 图 分 类 号 ： ｌ． ４ ； ３ ． １ 文 献 标 识 码 ： ＴＱ ３ ６ ３ ２ Ｏ６ ６ １ Ａ 文 章 编 号 ：０ ５３ ７ （０ ８ ０ —０ ｌＯ １ ０ —１４ ２０ ）５０ ０—５
维 素 （ Ｃ 与 甲基丙 烯 酸 甲酯 （ ＭＣ ） ＭＭＡ） 枝共 聚 接
规律 ， 对其 接枝 共 聚产物 进行 了结 构表 征 。 并
微晶纤维素ARGET ATRP接枝共聚制备PMMA和PMAA-Na的研究
建筑等领域有广泛的应用 ［１－３］ 。 对微晶纤维素进
行改性修饰提高其功能性和适应性，对于拓展微晶
以制备出高吸油性的树脂 ［７］ 。 目前用于纤维素接
枝改 性 的 方 法 主 要 有： 自 由 基 聚 合 ［８－１２］ 、 开 环 聚
合 ［１３－１４］ 、氮氧自由基调介聚合 ［１５］ 、可逆链段加成
均一性的基础上通过调整反应时间实现侧链长度的有效可控。 ＡＲＧＥＴ ＡＴＲＰ 可实现对微晶纤维素表面接枝侧
链分布和长度的控制。
关键词：ＡＲＧＥＴ ＡＴＲＰ；微晶纤维素；可控聚合；分子质量分布
中图分类号：ＴＳ１０２ ６ ＋ １ 文献标志码：Ａ
文章编号：１０００－２００６（２０１４）０１－０１２５－０５
ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｗｉｔｈ ＭＡＡ⁃Ｎａ ｔｈｒｏｕｇｈ ＡＲＧＥＴ ＡＴＲＰ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｍｏｎｏｍｅｒ ｃｏｎ⁃
ｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ｃｏｒｒｏｂｏｒａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ＡＲＧＥＴ ＡＴＲＰ ｃａｎ ｇｅｔ ｇｏｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＡＲＧＥＴ ＡＴＲＰ； ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ； ｃｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
纤维素是丰富的可再生资源，价格低廉，具有
纤维素的应用具有重要意义。 如在制药行业，微晶
第 ３８ 卷 第 １ 期
２０１４ 年 １ 月
南京林业大学学报（ 自然 科 学 版 ）
生物质纤维改性高分子材料研究进展
生物质纤维改性高分子材料研究进展摘要：随着国家不断颁布保护环境法规，人们已经意识到保护环境是人类进行可持续发展的必然要求，而生物质纤维作为一种环境友好型材料，因可以用来填充改性塑料而备受关注。
生物质纤维具有来源广泛、加工成本低等优势，可作为高分子复合材料中优秀的增强材料。
相较于其他纤维，各种生物质纤维的价格低廉、易于回收、可降解以及可再生利用等特点更为突出。
生物质纤维增强高分子复合材料已经逐步取代部分木材及合金，大量应用于航空航天、电子外壳、建筑材料、汽车材料等领域。
虽然天然植物纤维复合材料有许多优点，但生物质纤维和高分子材料的复合仍面临许多问题。
生物质纤维因其独特结构，含有大量的羟基等极性基团，与非极性的高分子树脂基体间的界面相容性极差，限制了其在复合材料中的应用，同时，生物质纤维中也含有大量的氢键，各个氢键之间的作用力导致生物质纤维容易出现团聚现象，因此在高分子树脂中分散效果受到限制，进而影响纤维复合材料的整体性能表现。
关键词：生物质纤维；改性方法；高分子材料引言生物质纤维有着密度低、可再生、价格低、绿色环保等优点，顺应了时代的发展，用其填充高分子树脂材料，产品性能优异，有着广阔的应用前景，但同时也仍存在着很多问题，国内外许多学者对纤维预处理进行了大量的研究，并且已经有了一些结果。
然而，现有的改性技术和生产技术并没有将其充分发挥其高强度特性，因此，如何对其进行改性，以保证其在较大程度上具有优良的机械性能，是一个亟待解决的问题。
目前，除工艺方面的研究外，对其作用机制尚无说服力的理论，因此，对纤维表面预处理的机理的深入探讨仍然是一个值得研究的方向。
1我国生物质纤维的应用现状生物质纤维应用特别广泛，可用于食品、工业材料、纸、纤维、医疗保健材料等行业，特别是在医疗保健材料行业中，生物纤维面膜依靠与肌肤贴合能力强、保湿锁水能力强等特点很受消费者欢迎[4]。
目前，我国生物质再生纤维产业快速发展，2009年产能已达191万吨，占世界总产能的77%。
纤维素热塑性加工研究进展
Ｏ ． 前 言
低 李晓燕等人通过对羧甲基纤维素醚和丙烯酸酯进行接枝共聚得到
了热塑性羧 甲基纤维索 ． 其所得到的的接枝共聚产物 的复分解 温度达
到２ ９ ０ ￣ Ｃ ． 玻璃化转变温度在 ｌ ６ ． ５ ３ ～ ｌ ９ ． ４ １ ℃之Ｉ 司。 １ ． 醚 化 改 性 ４ ． 共混 改性 纤维素醚是由纤维素与 Ｎ ａ Ｏ Ｈ反应后 ． 再与各种功能单体如单 氯 通过纤维素或纤 维素衍生物与其它高分子材料 的共混改性， 充 分 甲烷 、 环氧乙烷 、 环 氧丙烷等进行醚化反应 ， 经水洗副产物盐及纤维 素
钠而得到。 通常根据各取代基 的种类 、 电离性以及溶解 度的差 异 ， 将纤 维素醚分类 （ １ ） 取代基种类 ： 分 单一醚类 ， 有烷 基醚 （ 如 甲基纤 维素 、 乙基纤 维素 ） 、 羟烷基醚 （ 如羟 乙基 纤维素 、 羟丙基纤 维素 ） 、 其他 （ 如 羧 甲基 纤维素 、 羧乙基纤 维素 ） ； 混 合醚类 ， 如乙基 羟乙基纤维 素 、 羟 乙基 甲基纤 维素 、 羟 乙基 羧 甲基 纤维 素 、 羟丙基 羧 甲基纤 维素 ； （ ２ ） 电离性 分离子 型、 非离子 型和混和 型 ； （ ３ ） 溶解度分水 溶性 和非水 溶 性纤维 素醚 生 活 中常见 的有 ． 甲基纤 维素 醚可用于 食品 和化妆 品 的添加 剂 、 医药 胶粘剂 、 药物包衣材 料和用 于乳胶漆 、 印刷油 墨等 方 面： 乙基纤维 素与 各种树 脂 和增塑剂 都 有很好 的相 容性 。 可 用于 制 造塑 料 、 薄膜 、 药 物的包 衣材料 等 ； 羧 甲基纤维 素醚 可用 于食 品 、 医 药、 化妆 品等。 发挥各组分 的结 构和性能特点， 可制备具有 良好力学性能 、 加工性 能 、 性价 比和某些特殊 功能的高分子材料， 这一领 域已成为 国内外 的研 究 热点 聚己内酯 和微晶纤维素按照 ６ ０ １ ４ ０的比例共混 ． 所得共混 材料 的熔融温度为 ５ ８ ． ４ ３ ￣ Ｃ ． 这接近聚已内酯本 身的熔 点 ５ ８ ． Ｏ ３ ℃。蛋白质 、 壳聚糖 、 淀粉等这些物质与纤维素在化学结构上的相似性提供 了制备 相容性共混材料 的可能性 在壳聚糖一纤维 素构成的复合材料 中， 壳 聚糖和纤维素 之间的 Ｈ键 、壳 聚糖中的 Ｎ Ｈ ： 基以及纤维素 中的微 量 拨基对形成复合 材料起着主要作用， 这种材料 可被土壤或海水完全 分 解 调节原料 的比例。 热处理温度， 可改变材料 的强度和降解时间 。 纤维
纤维素改性研究进展
纤维素改性研究进展一、本文概述纤维素，作为一种广泛存在于自然界中的多糖，具有优良的生物相容性、可降解性和环保特性，因此在众多领域如造纸、纺织、食品、医药以及生物材料等方面都有着广泛的应用。
然而，纤维素本身的一些物理和化学性质限制了其在某些特定领域的应用，因此，对纤维素进行改性研究，以提高其性能并拓宽其应用范围，一直是科研工作者关注的热点。
本文旨在全面综述近年来纤维素改性研究的最新进展，包括改性方法、改性纤维素的性能及其在各个领域的应用。
文章首先介绍了纤维素的基本结构和性质，然后详细阐述了化学改性、物理改性和生物改性等主要改性方法，接着讨论了改性纤维素在造纸、纺织、食品、医药和生物材料等领域的应用现状，最后对纤维素改性研究的发展趋势和前景进行了展望。
通过本文的阐述，旨在为读者提供一个全面、深入的纤维素改性研究进展的参考。
二、纤维素改性方法纤维素作为一种天然高分子化合物，具有许多优良的性能，如良好的生物相容性、可降解性和环境友好性等。
然而，其固有的物理和化学性质，如亲水性、结晶性和热稳定性，限制了其在某些领域的应用。
因此，通过改性方法提高纤维素的性能，拓宽其应用范围，一直是科研领域的热点课题。
物理改性是一种简单而有效的改变纤维素性能的方法。
通过热处理、机械处理或高能辐射等手段，可以改变纤维素的结晶结构、形貌和分子链排列，从而改善其物理性能。
例如，热处理可以使纤维素分子链发生重排，提高其结晶度和热稳定性；而高能辐射则可以引发纤维素分子链的断裂和交联，形成新的功能基团。
化学改性是另一种广泛应用的纤维素改性方法。
通过引入化学试剂，如酸、碱、氧化剂或还原剂等，可以改变纤维素的化学结构和性质。
例如，酸处理可以使纤维素发生水解反应，生成低分子量的纤维素衍生物；而碱处理则可以破坏纤维素的结晶结构，增加其反应活性。
通过与有机化合物反应，还可以在纤维素分子链上引入特定的功能基团，如羟基、羧基、氨基等，从而赋予其新的性能。
纤维素的改性及应用研究进展_罗成成
2015年第34卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS・767・化工进展纤维素的改性及应用研究进展罗成成，王晖，陈勇（中南大学化学化工学院，湖南长沙410083）摘要：植物纤维素是天然的可再生资源，对纤维素的改性利用一直是研究的热点。
本文简要介绍了纤维素的结构与性质，综述了纤维素的改性方法，包括物理改性、化学改性和生物改性等，其中化学改性是最主要的方法，包括酯化、磺化、醚化、醚酯化、交联和接枝共聚等，通常涉及其结构中羟基的一系列反应。
通过改性，引进了一系列离子型基团，有利于增强纤维素的亲水性。
经改性后的纤维素与之前相比，结晶度和聚合度明显降低，可及度明显提高，无论物理性质还是化学性质都表现出更大的优越性。
其后回顾了纤维素衍生物在食品、造纸以及建筑行业中的一些研究应用成果，阐述了其在医药及废水处理等方面的研究进展，并展望了纤维素衍生物的发展前景。
关键词：纤维素；纤维素衍生物；化学改性中图分类号：TQ072文献标志码：A文章编号：1000–6613（2015）03–0767–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.03.028Progress in modification of cellulose and applicationLUO Chengcheng，WANG Hui，CHEN Yong（School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha410083，Hunan，China）Abstract：Plant cellulose is a natural renewable resource，and application of the modified cellulose has been a research focus.The structure and properties of cellulose are described，and cellulose modification methods are reviewed，including physical，chemical and biological methods.The main method is chemical modification，including esterification，sulfonation，etherification，ether esterification，crosslinking and graft copolymerization，which involve the reactions of hydroxyl groups in the cellulose.Hydrophilcity of cellulose could be enhanced by introduction of ionic groups.Compared with non-modified cellulose，crystallinity and degree of polymerization of modified cellulose decrease significantly，whereas accessibility is improved remarkably，with superior physical and chemical properties.Finally，the research achievements of cellulose derivatives in food，paper and construction industries are reviewed.Research progresses in pharmaceuticals，wastewater treatment and other areas are presented.Future applications of cellulose derivatives are prospected.Key words：cellulose;cellulose derivatives;chemical modification纤维素是植物细胞壁的主要成分，在自然界中分布甚广，是取之不尽、用之不竭的天然高分子化合物。
《2024年纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展》范文
《纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展》篇一一、引言纤维素作为自然界中最为丰富的有机高分子，具有独特的物理和化学性质，如高强度、良好的生物相容性以及可再生等特性。
近年来，纤维素的改性及其应用已成为众多研究领域的热点之一。
特别是其在水处理领域的应用，如通过改性纤维素制备的高效废水处理材料及方法的研究进展。
本文旨在全面梳理纤维素改性的方法及其在废水处理中的应用，并分析其发展趋势。
二、纤维素的改性方法纤维素的改性主要分为物理改性、化学改性和生物改性三大类。
1. 物理改性：物理改性主要包括纤维素的超细化、纳米化、复合化等。
通过这些方法可以改善纤维素的表面性质，提高其吸附性能和机械性能。
2. 化学改性：化学改性是利用化学试剂对纤维素进行改性，如酯化、醚化、接枝共聚等。
这些方法可以改变纤维素的亲水性、疏水性等性质，使其更适应于废水处理的需求。
3. 生物改性：生物改性主要是利用微生物或酶对纤维素进行改性。
这种方法具有环保、高效等优点，但需要较长的反应时间和较高的技术要求。
三、纤维素在废水处理中的应用纤维素及其改性产物在废水处理中具有广泛的应用，主要包括吸附法、膜分离法、生物法等。
1. 吸附法：利用纤维素的吸附性能，可以有效地去除废水中的重金属离子、有机物等污染物。
通过改性后的纤维素具有更高的吸附性能和选择性。
2. 膜分离法：纤维素及其衍生物可以制备成各种类型的膜材料，用于废水的微滤、超滤、纳滤等过程。
这些膜材料具有良好的渗透性和分离性能，可以有效去除废水中的杂质。
3. 生物法：纤维素可以作为生物反应的载体或支撑材料，与微生物一起构建生物反应器，用于废水的生物处理过程。
这种方法具有环保、高效、低成本等优点。
四、研究进展及发展趋势近年来，纤维素的改性及其在废水处理中的应用研究取得了显著的进展。
一方面，新的改性方法和技术的应用，如纳米技术、生物技术等，使纤维素的性能得到了进一步提升；另一方面，纤维素在废水处理中的应用范围也在不断扩大，如用于处理重金属废水、有机废水、油污废水等。
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为了充分开发利用纤维素的潜在功能, 纤维素的 改性成为纤维素功能化利用的一大研究方向, 目前主 要有衍生化改性、接技共聚改性、复合交联改性及共
混改性 等。其中, 接枝共聚 ( graft copo lym erizat ion ) 是对纤维素进行改性的重要方法之一。它可以赋予纤
维素某些新的性能, 同时又不会完全破坏纤维素材料 所固有的优点。其特征是单体起聚合反应, 生成高分 子链, 通过共价化学键接枝到纤维素大分子链上。通 过纤维素与丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯 酰胺、苯乙烯、醋酸乙烯、异戊二烯和其他多种人工 合成高分子单体之间的接枝共聚反应, 现已制备出性 能优良的高吸水性 材料 [ 2] 、离子 交换纤维 [ 3] 、永久 性的染色织物 [ 4] 以及具有力学性能的模压板材 [ 5] 等 新型化工产品, 同时还提高了棉织物的热稳定性和防 污性 [ 6] 、纤维的耐磨 性与化学稳定性 [ 7 ] 以及 黏胶纤 维和橡胶的黏合性能 [ 8 ] 等。本文主要介绍了 纤维素 接枝共聚改性的研究进展、纤维素的非均相接枝共聚 和均相接枝共聚, 重点介绍了近年来研究的活性 /可 控自由基聚合。
研究表明, 与非均相 接枝比较, 纤 维素均相 接 枝一个较为明显的特点是纤维素大分子链上均匀分 布的接枝侧链短而数目多, 而非均相接枝则是接 枝 链长而数目少。此外, 有研究表明 [ 22] , 纤维素的均 相接枝共聚不仅改变纤维素表面的形 态结构, 而 且 影响其内部的超分子结构, 从而有可能引起纤维 素 整体结构与性能的重大变化。总之, 纤维素均相 接 枝共聚反应的研究发展迅速, 提供了纤维素材料 化 学改性的新途径, 为开发高功能纤维素基改性产 物 奠定了基础。目前存在的主要问题是: 纤维素在 各 种溶剂体系中不能达到分子水平的溶 解, 致使接 枝 产物的均匀性不好, 接枝率不高; 对纤维素在各 种 溶剂体系中的溶解机理及接枝反应的研究还缺乏足 够的理论依据等。
3 活性 /可控自由基聚合
纤维素的接枝共聚主要有自由基聚合、离子型聚 合、缩聚与开环聚合等, 其中, 自由基聚合是工业上 生产聚合物的重要方法, 与其他聚合方法相比, 因其 具有单体选择范围广、条件温和、引发剂和反应介质 ( 如水等 ) 价廉易得、便于工业化生产等优点而倍受 研究者的青睐。
自由基型接枝共聚 ( free radical graft copolym er ization) 是目前 用于纤 维素 接枝 改性 的主 要途径 之 一, 其聚合反应过程通常 由引发 ( init iation) 、增长 ( propagation)、链转移 ( cha in transfer) 和终止 ( ter m inat ion) 4个基元反应构成 [ 23] , 其中引发反应对于 纤维素大分子的接枝共聚改性十分重要。因为纤维素 分子中含有一些共价健, 例如 C C、 C O、 C H、 O H 的键能一般都很大, 要使这些共价键发生均裂 产生带有孤电子的自由基, 在一般的聚合反 应温度 ( 40~ 100 ) 下难 以实现。但是, 倘 若利用光、热 等能量作用或借助引发剂 ( in it iator) 在纤维素大分 子上引入 一些 较弱 的键, 例 如 O O、 C N 键 等, 则在一般的聚合反应温度下便有可能在纤维素分子上 产生能够引发单体接枝共聚的初级自由基, 进而发生 自由基型接枝聚合。根据自由基引发方式及活性种产
2 纤维素均相接枝共聚
均相反应中, 由于纤维素是整个分子溶解于溶剂 之中, 分子间与分子内氢键均已断裂, 对于反应试剂 来说, 大分子链上的伯、仲羟基都是可及的, 不存在 试剂渗入纤维素的速度不一问题, 有利于提高纤维素 的反应性能, 促进取代基的均匀分布。均相介质中纤 维分子的可及性见图 2。
参考文献 [ 18] 中, 以二氧化硫 乙二胺 二甲基 亚砜为纤维素溶剂, 苯乙烯为单体, 研究了辐射引发 均相接枝的共聚反应规律; 以二甲基亚砜 低聚甲醛 为溶剂, 研究了丙烯腈等单体分别与纤维素的均相接 枝共聚反应; 以过硫酸钾为引发剂, 研究了甲基纤维 素与丙烯酰胺在水溶液中的均相接枝共聚反应, 考察 了接枝共聚的水溶性; 研究了铈离子引发丙烯酰胺与 纤维素在氯化锌水溶液中的均相接枝共聚反应, 考察 了各种因素对 接枝率和 单体转化 率的影 响。 L i Shi rong等 [ 19] 研究了 N, N 二甲基乙酰胺 氯化锂 的均相 溶液中纤维素与丙烯腈共聚物的合成, 所得共聚物的 性能与非均相条 件下的接 枝产物完 全不同。 B ianch i 等研究了在 DMAC (二甲基乙酰胺 ) /L iC l中以偶氮
烯酰胺基 2甲基丙磺酸 ( AM PS) 接枝到 交联后的球形纤维素骨架上, 制备出球形 纤维素吸附剂。宋荣钊等以过硫酸盐为引 发剂, 研究了超细纤维素与丙烯酸在水溶 液中的非均相接枝共聚, 讨论了反应条件 ( 温度、时 间、单体 用量、引 发剂浓 度 ) 对接枝效果的影响, 并对反应机理作了相 应的探讨 [ 16] 。肖学文等以过硫酸盐与硫
图 2 均相介质中纤维素分子的可及性
92
纤维素接枝共聚的研究进展
第 25卷 第 1期
二异丁腈为引发剂, 纤维素 与丙烯腈的均相 接枝共 聚, 研究了反应条件对接枝效果的影响, 并对接枝共 聚的反应机理进行了探讨 [ 20] 。林春香等以离子液体 为反应介质, 过硫酸铵为引发剂, 研究了纤维素与丙 烯酸在离子液体中的均相接枝共 聚, 考察了 单体用 量、引发剂用量、反应温度和反应时间对接枝效果的 影响 [ 21] 。
收稿日期: 2009 10 13 ( 修改稿 ) 本课题为教育部 长江学者和创新团队发展计划 ( IRT0552) 和中国博士后基金 ( 20070410238) 资助项目。 作者简介: 林春香, 女, 1982年生; 在读博士研究生; 研究方向: 纤维素功能化。
E m ai:l linchunxiang2002@ 163 com
51 064 0;
摘 要: 综述了纤维素接枝共聚改性的研究进展, 主要介绍了纤维素的 非均相接 枝共聚和 均相接枝 共聚, 重点介 绍了近年 来研究的
活性 /可控自由基聚合。
关键词: 纤维素; 接枝共聚; 非均相; 均相; 活性 /可控自由基聚合
中图分类号: TS71+ 2
文献标识码: A
文章编号: 1000 6842 ( 2010) 01 0090 06
第 25卷 第 1期
纤维素接枝共聚的研究进展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
91
图 1 非均相条件下纤维素分子的可及性
文献中大量报道的纤维素非 均相接枝共聚是 以 铈盐为引发剂引发乙烯类单体 接枝纤维素的。M ino 等 [ 9] 首先发现, 铈的硝酸盐或硫酸盐在 醇 ( 或 乙二 醇 ) 等有机还原剂存在时, 形成氧化还原体系 并产 生游离基, 可引发乙烯类单体的非均相接枝共聚, 后来不少研究者以铈盐为引发剂进行乙烯类单体与 纤维素的非均相接枝共聚。 V itta等 [ 10 11] 用铈盐引发 丙烯酸和甲基丙烯酸接枝纤维素, 并研究了接枝 物 的保水性能。 O k ieim en [ 12 ] 研究了在水介质中用铈离 子引发丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯的共聚物与纤维素 的非均相接枝共聚反应, 并用红外光谱表征了共 聚 物的结构。 G upta[ 13 ] 等以硝 酸铈铵为 引发剂引 发 N 异丙基丙烯酰胺与纤维素的非均相接 枝共聚, 研 究 了接枝 共 聚物 对温 度 的敏 感 性能。国 内 的杨 嘉 漠 等 [ 14] 探讨了以铈盐作引发剂, 非均相条件下纤维素 与丙烯腈的接枝共聚反应, 用正交实验找出了最 佳 反应条件。
随着煤、石油、天然气这些不可再生资源储量不 断下降所产生的危机, 高分子科学与技术面临着机遇 与挑战。合成聚合物在给现代生活带来极大方便的同 时, 也带来诸多资源与环境问题, 如非降解塑料引起 的环境污染, 有限的石油、煤炭资源的消耗对人类生 存、健康与发展的威胁等。为此, 天然可再生资源的 开发引起世界各国的高度重视, 并在很多领域成为科 学研究的前沿。 21世纪将形成立足于可再生资源的
1 纤维素非均相接枝共聚
由于结晶区和非结晶区共存的复杂形态结构, 以 及分子内和分子间氢键的影响, 纤维素很难溶于普通 溶剂。这就决定了多数接枝共聚反应在非均相条件下 进行, 而且纤维素本身是非均质的, 不同部分的超分 子结构呈现不同的形态。非均相条件下纤维素分子的 可及性如图 1所示。
对纤维素结晶区来说, 只要结晶结构保持完整不 变, 化学试剂便很 难进入结晶结 构的内部。由此可 见, 纤维素非均相反应是非均匀进行的。
代硫酸钠为引发剂, 使丙烯酰胺与棉纤 维在水相中进行非均相接枝共聚, 研究 了过硫酸盐的加入方式和加入量对接枝 反应的影响, 发现采用过硫酸铵与过硫 酸钾两种氧化剂、两步加入的方法能够 克服体系中氧气的阻聚作用, 且单体转 化率和接枝率较高 [ 17] 。
由于纤维素多相反应有许多 缺点, 如取代不均匀、产率低、副产物 多等, 因此, 纤维素均相接枝反应引起了人们 的兴趣。均相反应能有效控制纤维素衍 生物的取代度, 有规律地将取代基团引 入到纤维素主链上, 能比非均相条件更 好地控制所得产品的物理化学性质, 有利于提高反应 速度和产品性质的均一性, 从而提高其应用范围。