摘 要

纤维素是自然界中所存在的最广泛的可再生能源之一,例如成本低、生物可降解性、生物相容性。就是这些优点，使纤维素能广泛应用于服装、家具、包装和生产生物可降解材料。近些年来，科学家们致力于新型纤维素溶剂的研究，以期找到纤维素膜的新型生产方法和工艺，多年来的研究与探索已经取得了丰硕的成果。为可降解、生物相容性好、高度亲水性、优良渗透性的再生纤维素膜在各个领域有着广阔的发展前景。

以65%的ZnCl₂盐溶液作为纤维素的溶解体系，通过相转化法制备再生纤维素膜。由于再生纤维素膜强度低、耐水性差等缺点需要对再生纤维素膜进行改性。选择戊二醛对再生纤维素膜表面进行交联改性，研究交联反应时间、戊二醛浓度及反应温度对交联作用的影响，对再生纤维素膜的力学性能、耐水性等进行表征，确定戊二醛交联改性再生纤维素膜的最佳实验条件。

关键词：再生纤维素；戊二醛交联；改性

Preparation and Characterization of Surface Crosslinked Regenerated Cellulose Membrane

ABSTRACT

Cellulose is one of the most extensive renewable energy sources found in nature, such as low cost, biodegradability, and biocompatibility. It is these advantages that make cellulose widely applicable to clothing, furniture, packaging, and production of biodegradable materials. In recent years, scientists have devoted themselves to the study of new types of cellulose solvents in order to find new production methods and processes for cellulosic membranes. Many years of research and exploration have yielded fruitful results. For the biodegradable, biocompatible, highly hydrophilic, excellent permeability of the regenerated cellulose membrane has broad prospects for development in various fields.

A 65% ZnCl2 salt solution was used as a dissolution system for cellulose, and a regenerated cellulose membrane was prepared by a phase inversion method. Due to the disadvantages of low strength and poor water resistance of the regenerated cellulose membrane, it is necessary to modify the regenerated cellulose membrane. The effect of cross-linking reaction time, glutaraldehyde concentration and reaction temperature on cross-linking was studied by cross-linking modification of the surface of regenerated cellulose membranes with glutaraldehyde. The mechanical properties and water resistance of the regenerated cellulose membranes were characterized. Determine the best experimental conditions for cross-linked modification of glutaraldehyde-regenerated cellulose membranes.

Keywords: Regenerated cellulose,；glutaraldehyde crosslinking；modification

目录

1选题背景及意义 1

2 国内外研究现状 3

2.1新型溶解体系 3

2.1.1N-甲基吗啉-N-氧化物 3

2.1.2氯化锂/二甲基乙酰胺 3

2.1.3离子液体 4

2.1.4无机盐水溶液 4

2.2纤维素膜的改性 5

2.2.1表面改性 5

2.2.2共混改性 5

3课题研究的主要内容 7

3.1基础纤维素膜的制备 7

3.2戊二醛交联制备再生纤维素膜制备 7

4课题研究方案 8

4.1实验部分 8

4.1.1材料 8

4.1.2步骤 8

4.2讨论及测试项目 8

（1）红外光谱测试（FT-IR） 8

（2）扫描电子显微镜（SEM）分析 9

（3） 热重分析（TG） 9

（4） 力学性能测定 9

（5）接触角 9

4.3实验结果讨论 9

4.3.1红外光谱测试（FT-IR） 9

4.3.2扫描电子显微镜（SEM）分析 12

4.3.3热重分析 14

4.3.4力学性能测定 14

4.3.5接触角 15

结论 19

致谢 20

参考文献 21

1选题背景及意义

逐渐严重的能源及环境问题使寻求一种可再生能源变得越来越重要。纤维素是自然界极其丰富的可再生资源之一，而且是环境友好型，使纤维素在工业应用里面发挥着越来越重要的作用。除此之外，纤维素对比于石油资源，有很大的优势，纤维素是自然界中所存在的最广泛的可再生能源之一,例如成本低、生物可降解性、生物相容性。就是这些优点，使纤维素能广泛应用于服装、家具、包装和生产生物可降解材料^[1]。

20世纪70年代以来，随着石油等储量的逐渐减少以及人工合成高分子材料难降解引发的环境问题，人们开始将目光集聚到再生资源和能源的利用上面，尤其是高性能材料的制备以及应用。纤维素其作为可再生资源是自然界之中分布最广、储量最丰富的天然高分子产物，它具有良好的生物相容性能、生物可降解性和低毒性能，植物的光合作用每年会生产约7000亿吨纤维素，这被认为是未来开发新能源以及新材料的最重要原料^[2]。纤维素自身的化学结构是由很多D-吡喃葡萄糖残基以β-(1,4)糖苷键连接而成的线性大分子，当纤维素的加热温度超150℃时纤维素 会将逐渐脱水碳化，遇到浓无机酸水解生成葡萄糖等^[3]。纤维素分子结构中连接在C原子两端H原子和-OH位置不同所以具有不同的性质，每个脱水葡萄糖单元-OH在C2、C3、C6位置上3个-OH的特性不同所以易发生的化学反应类型也不同因此反应活性存在某些差异^[4]。纤维素链末端羟基表现出不同的行为。C1末端的羟基具有还原性，C4末端的羟基具有氧化性。纤维素葡萄糖的椅式构象最稳定，这种构象决定纤维素高分子链的平直走向，键接氧原子和葡萄糖环的氧原子形成分子内以及分子间氢键，使得纤维素分子排列紧密且具有较高的结晶度，导致了不溶于水及一般的有机溶剂^[5]。

纤维素、其衍生物产品、纤维素材料在医药、建筑、油田化学和生物化学等方面得到了广泛的应用，但其生产加工过程中污染严重，从而影响了纤维素材料应用潜力和市场的竞争力.纤维素溶解不仅仅是纺丝等工艺重要的环节，更是研究其结构和性质的基础步骤^[6]。因此，寻求纤维素的新型绿色溶剂，是可以进行均相反应的纤维素非衍生化溶剂是当前纤维素的研究热点。目前正在研究纤维素新兴溶剂包括有：非衍生化溶剂，例如Ｎ-甲基吗啉-Ｎ-氧化物的溶剂体系、有机、无机物质混合物，如氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂的体系；有机物质混合物,如阱/硫氰酸盐溶剂的体系；一些熔融水合盐及离子液体。但是,这些溶剂体系商业化进程均面临着毒性较大、成本较高、溶剂不稳定或者难于回收等问题。