当前课程知识点：植物纤维化学 > 第五章 纤维素 > 5.13纤维素接枝共聚与交联 > 5.13纤维素接枝共聚与交联
同学们，大家好！我们见到的木塑复合材料是怎么研制的？
超级水凝胶是什么？湿纸巾的湿强度是怎么提供的？
要想解答这些问题，就要学习这部分--纤维素的接枝共聚及交联
第13节 纤维素的接枝共聚及交联
接枝共聚
在纤维素功能化的分子设计中，通过接枝共聚改性赋予纤维素功能性
是一条常用的途径，它能赋予纤维素某些预想的功能而不改变纤维素的原有特征
大多数的接枝共聚研究都是首先在纤维素基体上形成自由基，然后与单体反应而生成接枝共聚物
纤维素的接枝共聚反应可分为三个基本类型：游离基聚合、离子型聚合以及缩合或加成聚合
其中大量的研究集中在游离基引发方法上
自由基的形成可通过引发剂的链转移反应、能量辐射或机械应力等物理手段
以及采用氧化还原体系或引发剂的化学活化法
CellOH+引发剂→CellO•（引发剂Ce4、Fentons试剂、过氧化物、紫外线或高能射线辐射）
CellO•+M→纤维素接枝共聚物
Ce4＋引发接枝
特点：引发效率高，可作为非均相接枝共聚的引发剂，各单体与纤维素接枝共聚时的活性
丙烯酸乙酯>甲基丙烯酸甲酯>丙烯腈>丙烯酰胺>苯乙烯
离子引发：阳离子引发，先将阳离子活性中心引入纤维素分子链上
再由它引发另一种单体，使单体在活性部分进行接枝共聚
或者由增长着的阳离子活性中心的聚合物链进攻纤维素分子，发生聚合
阴离子聚合，先是纤维素与氢氧化钠或醇钠或在液氨中与钠、钾反应
使纤维素产生阴离子，再与单体聚合
CellOH+NaOH→CellO-+Na+
CellO-+M→纤维素接枝共聚物
缩合或加成聚合
纤维素上的活性羟基也通过聚合或加成与单体发生接枝聚合
如环氧丙烷与纤维素加成得到羟丙基纤维素
辐射引发接枝共聚
辐射引发接枝时在纤维素分子骨架上生成自由基的类型
辐射接枝共聚的应用
用辐射引发将8％的丙烯腈接枝到棉纤维上，使纤维的抗霉菌腐烂性大为提高
将乙烯基类单体注入木材中，经辐射接枝后制成木塑复合材料WPC
部分纤维素接枝共聚物的制备方法及用途
基体用的是棉绒纤维素，单体用的是丙烯酸乙酯或丙烯腈，引发剂用的是硫酸铈铵引发剂
得到的产物具有抗真菌活性
基体用的是棉织物，单体用的是丙烯酸，引发剂用的是过硫酸锂自由基引发剂、碱性染料
得到的产物耐洗、耐汗、抗辐射、抗皱等
基体用的木粉，单体用的丙烯腈或丙烯酸，引发剂用的是硝酸铈铵引发剂，得到的产物具有吸附重金属离子
基体用的木质化黄麻纤维，单体用的丙烯酰胺，引发剂用的是酸性过氧基“单硫酸钾”引发剂
得到的产物具有吸水或水蒸气增强、耐酸碱、断裂伸长率及拉伸率增加
基体用的是纤维素粉末，单体用的是丙烯酰胺，引发剂用的是硝酸铈铵引发剂
得到的产物具有水溶性，可作为粘度变性剂
基体用的是木浆，单体用的是丙烯酰胺，引发剂用的是硝酸铈铵引发剂、N,N`-亚甲基二丙烯酰胺交联剂
得到的产物是水凝胶、超吸水剂
含氮接枝的纤维素对Cu2＋、Ni2＋、Co2＋、Cr3＋等金属离子具有较好吸附效果，可重复使用
将石蜡、脂肪酸酯、异氰酸酯等接枝到纤维素分子上，可提高纤维素与油的亲和性，用作吸油材料
用作高吸水性树脂：吸水剂研究从60年代美国推出
由淀粉-丙烯腈接枝共聚，早期由纤维素直接制吸水倍数为十几倍的吸水材料
把纤维素制成微晶纤维素以后再接枝共聚，使吸水倍数达到400倍以上
把纤维素醚化制成羧甲基纤维素再接枝共聚，可制成吸水倍数达到上千倍的吸水材料
若将纤维素制成超细纤维素再接枝共聚成可制成吸水剂达上千倍以上
交联
交联是纤维素及其衍生物改性获得功能化的重要途径之一
纤维素在光、热、辐射线或交联剂的作用下
分子链间形成共价键，产生凝胶或不溶物，称为交联
交联反应可提高织物、纸张的强度
纤维素结构中含有大量醇羟基、植物纤维物理结构上的多毛细管性、大的比表面积
使天然纤维素自身就具有较强的吸水性，因而作为吸水材料得到一定的应用
通过交联反应，使纤维素具有更适宜的亲水结构，可进一步提高纤维素及其衍生物
如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素等的吸水性，因此可制备高吸水性高吸附材料
目前有大量关于纤维素高吸水性材料的制备研究报道，交联剂用的是甲醛、乙二醛、二卤烷基
二异氰酸酯、环氧化合物、二乙烯等
采用特殊的交联剂与羧甲基纤维素进行交联反应，制得高吸水的交联羧甲基纤维素
因为这一交联剂不但含有可交联纤维素链的活性功能团
而且含有大体积的亲水羧基，某些低交联度的羧甲基纤维素的保水值可高达8000%
向纤维素分子链中引入羧甲基等亲水性基团
制得的羧甲基纤维素接枝型吸水材料的吸水倍数可达千倍以上
目前，纤维素系高吸水材料作为一种新型功能性高聚物
已在生理卫生用品、农林园艺、土木建筑、沙漠改良、石油化工、医药、食品、包装等领域得到广泛应用
对于该类材料的选用应根据不同用途选用不同性能的纤维素系高吸水材料
用做沙漠改良剂时，宜用吸水倍率高、保湿能力强的高吸水材料
而用做一次性尿布、卫生巾、医用材料的则宜采用吸水速率快，吸水后形成的凝胶强度大的高吸水材料
在纤维素的交联改性的研究中，一些水溶性纤维素衍生物
如羟丙基甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素的交联产物
对外界环境刺激具有应答性，在目前引起各国科学家广泛兴趣和追求的智能聚合物中占有一席之地
利用智能聚合物的环境应答性，可以将热能、光能、电刺激等转化为电力和电能
可得到各种感能、感应力的功能材料，同时也可应用于人工关节、智能药物释放体系
这类聚合物往往是具有交联网状结构的聚合物系统
例如，纤维素衍生物等天然高分子聚电解质的钠盐在含单体的水溶液中混合
或者与多官能团试剂发生交联反应，可以得到包含有天然高分子的智能水凝胶
小结
纤维素的接枝共聚能赋予纤维素一些特殊性能
反应可分为三种类型：游离基聚合、离子型聚合以及缩合或加成聚合
交联是纤维素在光、热、辐射线或交联剂的作用下，分子链间形成共价键
产生凝胶或不溶物，可制得一系列纤维素的衍生物
今天的课程就讲到这里，下节课我们将一起学习纤维素的物理改性，欢迎继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
