纤维素改性处理的研究进展_王天佑

该方法只改变了纤维的结构和表面的性能， 不改变 纤维的化学组成， 使纤维素的性质发生变化， 产生新 的功能而已 为普遍。
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酸和硫酸的配比来进行混合而制得。 纤维素硝酸酯 的应用非常广泛， 包含了涂料、 清漆、 火药、 电影胶片 等。根据产品的用途不同可以通过工艺制备不同硝 其溶解性和用途差异 化程度的纤维素硝酸酯产品， 较大。刘洪波等
中图分类号： TS102． 6 文献标志码： A 7003 （ 2014 ） 11001007 文章编号： 1001-
Ｒesearch Progress of Cellulose Modification
WANG Tianyou，CHEN Jinghao，LU Bitao，LAN Guangqian
1， 4葡萄糖及 β 糖 苷 键。 天 然 纤 维 素 的 结 构 特 点 是在它的分子间和分子内存在 着 很 多 的 氢 键 并 具 有较高的结晶度 ， 基于它的结构特点可以发现纤维 素一般不溶于有机溶剂和水 。 同时还有塑性差 ， 不 耐化学腐蚀等缺点 ， 导致了其在应用过程中受到了 许多的限制 。 纤维素 分 子 的 微 观 结 构 是 葡 萄 糖 基 环， 且每个葡萄糖基环有 3 个 羟 基 ， 因此可以利用 羟基的活 性 在 一 定 条 件 下 进 行 纤 维 素 的 氧 化 、 酯 化、 醚化 、 接枝共聚等反应 。 经过氧化 、 酯化 、 醚化 、 接枝共聚等反应后可以在葡萄 糖 基 环 上 引 入 很 多 其他结构的基团 ， 导致了纤维素性能的变化 。 将天 然纤维素进行改性处理可以对 纤 维 素 进 行 充 分 的 利用 ， 能否利用好 ， 对未来能 源 的 发 展 具 有 重 要 的 意义
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纤维素物理改性
纤维素物 理 改 性 主 要 是 通 过 润 胀、 复 合 化、 吸 、 、 、 ， 附 机械粉碎 放电 液氨改性等处理方法 使纤维的 物理形态 发 生 变 化， 并 赋 予 纤 维 新 的 性 质 和 功 能。
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第 11 期
Vol． 51 No． 11 ，Nov． 2014
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研究与技术
第 11 期
Vol． 51 No． 11 ，Nov． 2014
DOI： 10． 3969 / j． issn． 10017003． 2014． 11． 003
纤维素改性处理的研究进展
王天佑，陈景浩，卢必涛，蓝广芊
（ 西南大学 纺织服装学院 ，重庆 400715 ）
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wenku.baidu.com
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纤维素预处理
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14. 8% ， 木质素脱除率为 43． 3% ， 纤维素酶催化反应 48 h 糖化率为 45． 6% 。 结果表明， 超声波处理可以 破坏纤维素分子中的氢键， 让纤维素的结晶度降低， 而且能有效地提高木质素的脱除率和酶解糖化率 。 1 ． 2 化学方法 化学预处理主要有碱液处理、 无机酸处理、 有机 溶剂处理、 微生物处理等， 最常见的处理方法是碱法 处理。纤维素束在碱处理后会变小， 表面变得粗糙， 从而导致纤维素表面的力学性能及黏结性能有所提 ［8 ］ 高 。碱处理的纤维素使反应位点有所增加， 从而 改善了纤维的溶胀性能。 张云菲等 对小麦秸秆进 行了甲酸、 乙酸、 水体系等处理， 并且在处理的过程 中添加过氧化氢， 制备出了过氧甲酸和过氧乙酸的 ， 平衡体系 证明可以大大降低小麦秸秆中的木质素 和半木质素的含量， 使得最终获得的纤维素纯度很 ［10 ］ 。 Qudiani 高 等 利用 X射线衍射分析法分析了不 同质量浓 度 的 NaOH 对 纤 维 素 处 理 后 结 晶 度 的 变 从这项研究中他们发现对于较低的 NaOH 浓度， 化， 纤维素主要发生溶胀和溶解。 在 2% 浓碱的作用下 非纤维素的纤维会溶解掉， 而纤维素纤维的结晶度 会达到最大。 而在高浓度的碱作用下 （ 碱的质量浓 纤维会发生降解， 纤维的机械性能显 度超过 15% ） ， 著下降。因此得出了碱的浓度会影响纤维内部的结 在 2% 碱浓度作用下纤维素的结晶度会达到最 晶度， 而在 10% ～ 15% 碱浓度作用下纤维素的结晶度 大， 会明显降低。 最近比较新的化学处理方式是微生物处理 ， 利 用微生物来对天然植物 纤 维 素 进 行 预 处 理 的 研 究 中， 发现白腐菌可以彻底降解木质素， 减少环境的污 染
摘要： 介绍了近年来关于纤维素改性方面的研究和进展 。纤维素改性一般从预处理开始， 有物理方 法预处理和化学方法预处理两种方法 。纤维素的改性有物理方法改性， 化学方法改性及生物方法改 性等。物理方法改性包括机械粉碎、 润胀、 复合、 吸附、 放电、 液氨加工、 高压蒸汽闪爆、 超声波及微波 辐照等。纤维素的化学改性处理主要包括纤维素酯化 、 醚化及接枝共聚等。 纤维素的生物改性在造 ， 、 纸行业应用广泛 大多数利用纤维素酶 半纤维素酶等来对纸浆进行处理。 最后对改性纤维素在未 来的应用进行了展望。 关键词： 纤维素； 改性处理； 预处理； 纤维素改性； 接枝共聚
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。其中以表面吸附， 液氨改性应用最
刚开始对天然纤维素的物理改性是微粉化和薄 膜化， 后来为了应用于吸附材料， 球化改性及各种球 化改性的方法也慢慢被提出。郝红英等 利用植物 的秸秆，通过高压蒸汽闪爆技术、 稀碱蒸煮等方法制 出有一定 α 纤维素含量的秸秆基纤维素， 对产物进 2+ 行碱化、 醚化和胺基亲核取代， 得到了可以吸附 Cu 和 Cd 等重金属离子的乙二胺螯合植物秸秆纤维 素， 通过研究得出， 可以用蒸汽闪爆来钝化天然植物 秸秆纤维素。Lidija 等 在纤维表面通过吸附 CMC 来引进羧基， 从而制备出了一种新的吸附材料， 试验 结果表明， 相对分子质量高的 CMC 首先被吸附， 并 ， 50% 且棉纤维总电荷量会大幅度地提高 可以提高 左右， 从而使产品的吸附性能大大提高 。 液氨整理后纤维的天然转曲基本消除， 截面变 圆， 内腔变小， 表面平滑且光泽感强， 结晶结构略疏 散。液氨加工 克 服 了 其 他 抗 皱 整 理 加 工 的 诸 多 缺 点， 使纤维的性能得到全面提升， 并具有明显的“形 ， 状记忆性” 是多年来纤维改性的一大突破 。Dor［18 ］ nyi 等 研究表明黄麻纤维经过液氨处理以后结晶 度有所下降。纤维素的晶型由纤维素 Ⅰ 转变为纤维 素Ⅲ。通过液氨处理黄麻纤维的表观结构有了很大 的改善， 纤维表面光滑圆润、 粗细均匀， 并且改善了 提高了织物表面平整度等。 纱线粗细的均匀性，
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首先， 在天然纤维素原料中， 表面经常被半纤维 素和木质素包裹着。 因此必须要先使纤维素能够纯 净地提取出来， 把这三种组分分离开来 。 其次， 虽 然在天然纤维素的分子链 上 存 在 着 大 量 的 活 性 羟 在一定条件下可以发生氧化、 酯化、 醚化、 接枝共 基， 聚等反应， 但是由于自身的羟基之间会形成大量的 且具有较为复杂的结晶性原纤结构， 其中结晶 氢键， 区封闭了大部分的活性羟基， 也就导致了纤维素改 性反应中呈现不均一性， 产物性能的不确定性。 为 一般在改性反应前进行各 了避免这种情况的发生， 种预处理， 可以降低纤维素的聚合度、 结晶度， 让纤 从而提高纤维素的反应 维素的 可 及 度 有 所 增 加， 。 活性 1． 1 物理方法 现在试验中常见的物理预处理方法主要包括闪 爆处理、 干法、 机械粉碎、 超声波及微波处理、 蒸汽爆 炸、 氨爆炸、 溶剂交换等。 物理预处理的主要目的是 让纤维素外观结构形态变化， 例如聚集纤维的解体、 膨胀等。就目前而言， 较新且用得较多的物理方法 ［4 ］ 有闪爆处理、 超声波处理等。 张袁松等 采用闪爆碱煮联合对天然竹纤维进行脱胶处理， 在闪爆压力 NaOH 质量浓度为 保压时间为 15 min， 为 0． 8 MPa， 4 g / L， 碱煮 90 min 的条件下， 得到纤维素的占有率为 77． 16% ， 其中纤维中的半纤维素含量和木质素含量 分别下降了 41． 61% 和 31． 94% ， 而纤维素的含量却 ［5 ］ 从 40． 51% 提高到 63． 59% 。殷祥刚等 对大麻纤维 进行闪爆处理， 得出闪爆处理后的麻纤维不仅其密 其中的纤维素含量从 度和 聚 合 度 会 有 所 下 降， 52. 94% 增加 到 84． 37% 。 闪 爆 处 理 具 有 处 理 时 间 短、 无毒、 无污染、 能耗低、 效率高等优点， 受到了纺 织、 轻工、 化工等行业的关注。 唐爱民等
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。张辉等［12］的试验结果表明， 用白腐真菌处理
玉米秸 秆 一 段 时 间 后， 木质素的降解率可以达到 ［13 ］ 30% 。王宏勋等 研究发现， 白腐真菌对木质素和 半纤维素具有良好的降解选择性， 到降解 50 d 时， 木 33． 9% ～ 55． 4% ， 质素降 解 率 为 纤维素降解率为 13. 3% ～ 19． 1% ， 半 纤 维 素 降 解 率 为 32． 1% ～ 44. 9% 。其他的处理方法还有紫外线和伽马射线处 理， 化学试剂处理等。
（ College of Textile ＆ Apparel，Southwest University，Chongqing 400715 ，China）
Abstract ： This paper introduces the research progress of cellulose modification in recent years． Cellulose modification generally starts from pretreatment，including physical and chemical pretreatment methods． Cellulose modification includes physical，chemical and biological methods． Physical modification includes mechanical grinding，swelling， composite，adsorption，discharge，liquid ammonia processing，highpressure steam flash explosion，ultrasonic and microwave irradiation． Chemical modification mainly includes cellulose esterification， etherification and graft copolymerization etc． Biological modification is widely applied in papermaking industry． Cellulose and hemicellulase are mostly used to treat paper pulp． Finally，prospects for modified cellulose application are discussed． Key words： cellulose； modified treatment； pretreatment； cellulose modification； graft copolymerization 纤维素在人类历史上一直占有重要的地位， 调 查研究发现纤维素纤维在植物界碳含量的占有率上 超过 50% 。随着地球上石油、 煤和天然气等资源的 减少， 纤维素作为一种可持续发展的再生资源越来 越被重视起来。 因此， 怎样利用纤维素来解决全世 界资源日益枯竭的问题也成为了 21 世纪研究人员 ［1 ］ 的一大挑战 。 纤维素的分子式为 （ C 6 H 10 O 5 ） n ， 组成成分为 D0517 收稿日期： 2014基金项目： 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 （ XDJK2013A021 ） 2012 级轻化工程本科生， 作者简介： 王天佑 （ 1994 ） ， 男， 专业方向为纤维素的功能改性。 通信作者： 蓝广芊， 讲师， 30353930@ qq． com。
对纤维素进行超声波活化处理， 研
究了处理条件的不同对纤 维 素 的 选 择 性 氧 化 的 影 响。结果表明， 经过超声波处理的纤维素纤维在高 碘酸盐的氧化反应中的活性明显提高， 从而可以缩 ［7 ］ 短反应时间和减少高碘酸盐的用量。 张裕卿等 将 超声波应用在木质纤维素预处理及其酶解糖化过程 20 kHz 的情况下， 在采用超声波条件为 80 W， 发 中， 现超声波辅助碱水解预处理较适合作为木质纤维素 制燃料 乙 醇 的 预 处 理 技 术， 该工艺原料分解率为 24. 1% ， 纤 维 素 损 失 率 为 7% ， 半纤维素损失率为