《纤维素材料》ppt课件

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1、纤维素材料纤维素的结构和性质纤维素的溶解和再生纤维素的改性纤维素新材料的应用4123纤维素的结构和性质11838年，法国科学家Payen首次分离出纤维素（cellulose）。1904年，英国建厂生产纤维所黏胶丝。1932年，德国化学家Staudinger确定纤维素的聚合物形式。纤维素是地球上最古老和最丰富的可再生资源，主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物和其它高等植物，也可通过细菌的酶解过程产生细菌纤维素。每年地球上产生约2000亿吨植物纤维素，是自然界取之不尽、用之不竭的可再生资源。Figure1.sourceofcellulose:wood,cottonandflax纤维素的结构和性质

2、1Figure2.Principlepathwaystocelluloseformation.纤维素的结构和性质1纤维素是由纤维素二糖（cellobiose）重复单元通过β-(1→4)-D-糖苷键链接而成的线性高分子，每个脱水葡萄糖单元（anhydroglucose,AGU）上的羟基位于C-2、C-3和C-6位置，具有典型的伯醇和仲醇的反应性质，邻近的仲羟基表现为典型的二醇结构。纤维素的分子结构如图2所示。Figure3.Molecularstructureofcellulose(n=DP,degreeofpolymerization)纤维素的结构和性质1由于纤维素的化学结构及空间构象特点

3、，纤维素链易聚集形成高度有序结构。这种有序结构是大量的分子内和分子间氢键形成的网络，使纤维素不能熔融，也不溶于大多数的普通溶剂。Figure4.Schematicsoftwosuggestedhydrogenbondingcooperativenetworks纤维素的结构和性质1Figure5.classificationofsolventsforcellulose纤维素的溶解和再生2纤维素的利用很大程度上取决于它的溶剂，但是纤维素的溶剂十分有限。开发新型的溶解能力强的纤维素溶剂成为纤维素工业和基础研究中重要的一部分。纤维素的溶解和再生22.1NaOH/CS2溶剂用NaOH/CS2体系作为

4、纤维素的溶剂来生产粘胶人造丝是最传统的方法，是一种包含化学反应的复杂过程，其间发生的化学反应可由下式表示。生产粘胶纤维的工艺流程为：粘胶法不但工艺繁杂、生产周期长、能耗大，而且生产过程中放出CS2和H2S等有毒气体和含锌废水，对空气和水造成污染，使生态环境遭到破坏。纤维素的溶解和再生2粘胶纤维浆粕碱化压榨粉碎老成磺化NaOHCS2溶解NaOH熟成过滤、脱泡纺丝水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、干燥纤维素的溶解和再生22.2铜氨溶剂将氢氧化铜溶于氨水中，可以形成深蓝色的Cu(NH3)4(OH)2络合物，称为铜氨溶液，对纤维素有很强的溶解能力。铜氨溶剂的缺点是不稳定，对氧和空气非常敏感。溶解过程中

5、若有氧的存在，会使纤维素发生剧烈的氧化降解，损害产品的质量。2.3NMMO溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）可以很好地溶解纤维素，NMMO法纺丝工艺如下：由NMMO法生产的纤维比普通粘胶纤维具有更高的强度，溶剂回收率高达99.7%，毒性低，基本不污染环境。但NMMO高温下易分解，溶解放热造成潜在的爆炸威胁。纤维素的溶解和再生2浆粕溶解过滤、脱泡纺丝水洗、漂白、上油、干燥纤维NMMO、H2O废水纺丝浴NMMO、H2O回收冷凝水纤维素的溶解和再生2Figure6.SchematicdissolutionprocessofthecelluloseinNaOH/ureaaqueoussolu

6、tionspre-cooledto-10℃2.4NaOH/urea(/thiourea)/H2O溶剂近年，张俐娜课题组开发了纤维素的新一类溶剂（NaOH/尿素、NaOH/硫脲水溶液体系），这一类溶剂是目前溶解效果好，而且最为绿色化、污染最小的溶剂体系。利用这种新溶剂体系在试点单位通过中试设备成功制备纤维素丝，它具有均一、平滑的表面和圆形截面，以及优良的力学性能。同时，采用该溶剂体系已成功制备出多种纤维素功能材料，如纤维素膜、凝胶、复合材料和纤维素衍生物等。纤维素的溶解和再生2Figure7.NovelcellulosefilamentsviapilotplanFigure8.Theappe

7、arancesofcellulose/SAhydrogels纤维素的改性3应用限制不能在水和一般有机、无机溶剂中溶解。溶解性是天然纤维素在应用中最大的局限。分子中含有大量的羟基，高温下分解而不熔融，缺乏热可塑性。使用过程中易吸湿，影响材料性能。与合成高分子材料共混时相容性差。溶解性差热塑性差亲水性强纤维素的改性3Figure9.DSCcurvesofcellulosepyrolysis.纤维素的改性33.1物理改性纤维素