纤维素

纤维素的绿色溶解体系黄青青091060066CompanyLogoContents纤维素的简介非反应型无机溶剂非反应型有机溶剂反应型溶剂1234结语5CompanyLogo纤维素的简介纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。下面是它的结构式。CompanyLogo纤维素简介YourTexthereYourTexthereYurTexthere羟基上极性很强的氢原子与另一羟基上电负性很强的氧原子上的孤对电子，相互吸引形成氢键，因此纤维素大分子之间、纤维素和水分子之间、纤维素大分子内，都可以形成氢键使得纤维素分子很难溶解，严重影响了纤维素的工业应用。所以，开发有效的纤维素溶剂体系具有重要意义。本文从环境友好角度介绍了纤维素溶剂体系。CompanyLogo非反应型无机溶剂一、碱/尿素/水体系LiOH/尿素体系是一种能够溶解高分子量(Mη=3.7×105)纤维素的溶剂，这种溶剂可通过冷冻-解冻的方法直接溶解天然纤维素(棉短绒、草浆、甘蔗渣浆、木浆等)和再生纤维素(纤维素无纺布、玻璃纸、粘胶丝等)，并得到100%溶解的透明浓溶液，此法原料消耗少、生产周期短、工艺流程简单，整个过程没有化学反应，比传统的粘胶法少了碱化、磺酸化和熟成等工艺，且所用的尿素无毒并可回收循环使用，是一种绿色的、适合工业化生产的工艺。CompanyLogoLiOH/尿素体系的溶解机理TitleCompanyLogoText2Text3Text4NaOH/尿素/H2O体系、KOH/尿素/H2O体系也是纤维素的良好溶剂，其溶解机理和LiOH/尿素/H2O体系基本相似。但是由于碱金属离子在电负性、离子半径等方面略有差别，造成它们与纤维素之间形成氢键的能力有也有所不同，因此它们对棉短绒溶解能力大小顺序为:LiOH/尿素NaOH/尿素KOH/尿素CompanyLogo1.2碱/硫脲/水体系碱/硫脲/H2O体系对纤维素的溶解能力比碱/尿素/H2O体系更强，能很好溶解棉短绒浆、草浆、甘蔗渣浆、木浆、纤维素无纺布以及其它经过蒸汽爆破处理的纤维素，尤其是对高结晶度的天然棉短绒，在很短时间内可以将其溶解。CompanyLogo碱/硫脲/H2O的片光照和TEM照片CompanyLogo1.3碱/硫脲/尿素/水体系NaOH/硫脲或者NaOH/尿素体系在纤维素高浓度纺丝时不稳定，不利于工业化生产，而NaOH/硫脲/尿素/水体系可以克服这一问题，并且该体系溶解纤维素速度与能力都优于NaOH/硫脲或氢氧化钠/尿素体系，其机理仍在探讨中。CompanyLogo非反应型有机溶剂2.1胺氧化物体系胺氧化物尤其是NMMO被认为是目前最有前途的纤维素有机溶剂之一，也是目前能真正实现工业化生产且前景可观的一种溶剂。NMMO的熔点为184.2℃，易溶于水，并能与1～4个水分子形成结晶水化物。通常情况下，NMMO以一水化合物存在，其熔点为72℃。CompanyLogo。NMMO与纤维素作用机理纤维素在N-甲基氧化吗啉溶液中的溶解过程示意图CompanyLogo2.2纤维素在离子液体中的溶纤维素在离子液体中的溶解是基于纤维素羟基的氧原子起了电子给予体的作用，而氢原子作为电子接受体，溶解机理如图所示。CompanyLogo反应型溶剂纤维素在此类溶剂的溶解过程中生成以不稳定共价键结合的衍生物，容易被质子介质所分解，生成再生纤维素沉淀比如PF/DMSO(DMF，DMAc)、三氯乙醛/偶极非质子液体和N2O4/DMF三种体系，还有一类含氧碱性溶剂体系适用于纤维素的烷基化反应。这些体系的突出问题是导致纤维素降解、变性、聚合度降低等变化，产物难以保持纤维素的天然特性，而且生产中常伴随着环境污染。CompanyLogo结语由于直接对天然纤维素进行成型加工非常困难，所以将其溶解后再利用是比较常用的方法。溶解纤维素的理想溶剂可使纤维素溶解并无衍生化反应，很少或无纤维素的降解，无毒性副产物或污水，且加工工艺简单、制造工艺可靠。对于新型的纤维素溶剂N-甲基氧化吗啉(NMMO)，它能很好地溶解纤维素，得到成纤、成膜性能良好的纤维素溶液，但其价格昂贵，纺丝温度较高，导致工业化生产困难。离子液体还没有进行大规模的工业化生产，价格较高。而以碱金属氢氧化物为基础的溶剂体系是一种无污染、价廉有效的纤维素溶剂，有较为广阔的开发应用前景。可以预见，一旦环保、经济有效的纤维素溶剂体系研究成功，通过其获得化工原材料而避开石油路线将成为可能，纤维素的应用将更为广泛。