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摘要
纤维素作为自然界来源丰富的天然高分子材料,具有可再生、生物相容性好、可完全生物降解等优越性能,是最有潜力的绿色材料之一,对纤维素资源的有效利用已成为化学、化工和材料科学领域的研究热点。目前,纤维素的研究主要集中在以下三个方面:(1)寻找环境友好的溶剂体系,对纤维素溶液直接加工;(2)利用化学反应,减弱纤维素分子内及分子间氢键作用,制备可溶解在普通溶剂中的纤维素衍生物或接枝共聚物;(3)以纤维素衍生物为结构单元,通过引入特定基团或其他高聚物修饰来构建新型纤维素功能材料。然而,由于缺乏有效的纤维素溶剂,传统的纤维素改性均在多相介质中进行,存在工艺复杂、产品均一性差、结构控制困难及能耗高等问题,研究可发生化学反应的纤维素新溶剂体系成为解决这一问题的有效途径。在过去的几十年里,人们开发了多种新溶剂体系来溶解和加工纤维素,如N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂(DMAc/LiCl)、聚甲醛/二甲基亚砜(PF/DMSO)、二甲基亚砜/三水合四丁基氟化铵(DMSO/TBAF·3H2O)、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、离子液体(ILs)、熔盐水合物、碱/尿素/水体系等。其中,DMAc/LiCl和ILs具有极强的化学稳定性,是纤维素均相酯化和接枝共聚的理想溶剂,碱/尿素/水体系由于碱的存在是纤维素进行均相醚化的优异介质。纤维素的均相化学改性为开发简单、经济、高效、高品质的纤维素基功能材料提供了新的途径。在上述体系中,以纤维素为原料已加工成不同类型的再生纤维素材料(再生纤维素纤维、膜、水凝胶、气凝胶、复合材料)及多种纤维素衍生物(纤维素酯、醚、接枝共聚物)。其中,TEMPO体系氧化反应、醛基-氨基的席夫碱反应、共价交联反应、叠氮-炔烃环加成反应、巯基-烯基的"点击化学"反应、活性/可控自由基聚合反应如原子转移自由基聚合(ATRP)、氮氧稳定的自由基聚合(NMP)及可逆加成断裂链转移聚合(RAFT),已成为纤维素基高聚物制备技术的发展态势,为纤维素的加工与功能化提供了新的多用途平台,在药物控释、污水净化、造纸行业、涂层材料等领域有广泛的应用。此外,纤维素衍生物除单独使用外,还可作为结构单元构筑具有新型结构与功能的纤维素材料,形成的接枝聚合物在特定条件下可表现出自组装行为。本文归纳了氧化纤维素的研究进展,综述了纤维素衍生物的最新制备方法及应用,介绍了基于交联纤维素构建纤维素水凝胶的发展现状,对比分析了传统自由基聚合、离子聚合、开环聚合及活性/可控自由基聚合制备纤维素接枝共聚物的原理与特点,最后探讨了未来纤维素的发展趋势。
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