纤维素的绿色溶解体系专家讲座

CompanyLogoContents纤维素介绍非反应型无机溶剂非反应型有机溶剂反应型溶剂1234结语5纤维素的绿色溶解体系专家讲座第1页CompanyLogo纤维素介绍纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成大分子多糖。不溶于水及普通有机溶剂。是植物细胞壁主要成份。下面是它结构式。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第2页CompanyLogo纤维素介绍YourTexthereYourTexthereYurTexthere羟基上极性很强氢原子与另一羟基上电负性很强氧原子上孤对电子，相互吸引形成氢键，所以纤维素大分子之间、纤维素和水分子之间、纤维素大分子内，都能够形成氢键使得纤维素分子极难溶解，严重影响了纤维素工业应用。所以，开发有效纤维素溶剂体系含有主要意义。本文从环境友好角度介绍了纤维素溶剂体系。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第3页CompanyLogo非反应型无机溶剂一、碱/尿素/水体系LiOH/尿素体系是一个能够溶解高分子量(Mη=3.7×105)纤维素溶剂，这种溶剂可经过冷冻-解冻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，比传统粘胶法少了碱化、磺酸化和熟成等工艺，且所用尿素无毒并可回收循环使用，是一个绿色、适合工业化生产工艺。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第4页CompanyLogoLiOH/尿素体系溶解机理Title纤维素的绿色溶解体系专家讲座第5页CompanyLogoText2Text3Text4NaOH/尿素/H2O体系、KOH/尿素/H2O体系也是纤维素良好溶剂，其溶解机理和LiOH/尿素/H2O体系基本相同。不过因为碱金属离子在电负性、离子半径等方面略有差异，造成它们与纤维素之间形成氢键能力有也有所不一样，所以它们对棉短绒溶解能力大小次序为:LiOH/尿素>NaOH/尿素>KOH/尿素纤维素的绿色溶解体系专家讲座第6页CompanyLogo1.2碱/硫脲/水体系碱/硫脲/H2O体系对纤维素溶解能力比碱/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纤维素，尤其是对高结晶度天然棉短绒，在很短时间内能够将其溶解。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第7页CompanyLogo碱/硫脲/H2O片光照和TEM照片纤维素的绿色溶解体系专家讲座第8页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/水体系能够克服这一问题，而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。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第9页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被认为是当前最有前途纤维素有机溶剂之一，也是当前能真正实现工业化生产且前景可观一个溶剂。NMMO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℃。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第10页CompanyLogo。NMMO与纤维素作用机理纤维素在N-甲基氧化吗啉溶液中溶解过程示意图纤维素的绿色溶解体系专家讲座第11页CompanyLogo2.2纤维素在离子液体中溶纤维素在离子液体中溶解是基于纤维素羟基氧原子起了电子给予体作用，而氢原子作为电子接收体，溶解机理如图所表示。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第12页CompanyLogo反应型溶剂纤维素在这类溶剂溶解过程中生成以不稳定共价键结合衍生物，轻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合用于纤维素烷基化反应。这些体系突出问题是造成纤维素降解、变性、聚合度降低等改变，产物难以保持纤维素天然特征，而且生产中常伴伴随环境污染。纤维素的绿色溶解体系专家讲座第13页CompanyLogo结语因为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惯用方法。溶解纤维素理想溶剂可使纤维素溶解并无衍生化反应，极少或无纤维素降解，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、成膜性能良好纤维素溶液，但其价格昂贵，纺丝温度较高，造成工业化生产困难。离子液体还没有进行大规模工业化生产，价格较高。而以碱金属氢氧化物为基础溶剂体系是一个无污染、价廉有效纤维素溶剂，有较为辽阔开发应用前景。