清華危巖教授課題組《Carbohyd. Polym.》: 具有超高溶解度和可調(diào)控纖維素結(jié)構(gòu)的多功能纖維素溶劑
2022-08-08 來源:高分子科技
纖維素是世界上含量最多、分布最廣的的生物高分子之一。為了將纖維素加工成功能材料,通常需要使用纖維素溶劑。然而,現(xiàn)有的纖維素溶劑存在纖維素溶解度低、價格高昂、環(huán)境污染嚴(yán)重或者對纖維素聚合度要求苛刻等問題。濃酸能溶解纖維素的現(xiàn)象早已被發(fā)現(xiàn)。特別是濃硫酸具有價格低廉且能溶解大部分其它化學(xué)物質(zhì)的特點,為優(yōu)良的候選纖維素溶劑。然而,用濃硫酸溶解纖維素存在溶解度低及纖維素降解嚴(yán)重的問題。因此,纖維素經(jīng)濃硫酸溶解后幾乎不具有實用性。
基于以上背景,本研究開發(fā)了低溫兩步濃硫酸法纖維素溶解體系(圖1)。該體系具有極高的纖維素溶解度(>300 g/L),且纖維素溶解速率快、再生纖維素得率高(>0.92 g/g)、再生過程中纖維素可成型(圖2)。帶來這些優(yōu)良特性的原因主要是在低溫下,較低濃度的濃硫酸對纖維素具有很高的親和性,而高濃度濃硫酸與纖維素直接接觸時親和性很。▓D2D)。
圖1. 纖維素在低溫兩步濃硫酸中的溶解過程示意圖
圖3. 不同過程參數(shù)對再生纖維素聚合度的影響。(A)棉纖維素的初始聚合度,(B)起始硫酸濃度對再生纖維素聚合度的影響,(C)加入前纖維素溫度對再生纖維素聚合度的影響,(D)溶解溫度對再生纖維素聚合度的影響,(E)再生溫度對再生纖維素聚合度的影響,(F)存放時間對再生纖維素聚合度的影響。
圖4. 低溫兩步濃硫酸的功用。(A)制備超高強(qiáng)度纖維素水凝膠,(B)制備高強(qiáng)度纖維素絲,(C)制備各種均相復(fù)合物,圖為聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料@纖維素?zé)o相復(fù)合物,(D)制備纖維素寡糖。
原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119917
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(責(zé)任編輯:xu)
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