清華危巖教授課題組《Carbohyd. Polym.》: 具有超高溶解度和可調控纖維素結構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，現有的纖維素溶劑存在纖維素溶解度低、價格高昂、環境污染嚴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象早已被發現。特別是濃硫酸具有價格低廉且能溶解大部分其它化學物質的特點，為優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重的問題。因此，纖維素經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小（圖2D）。
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）制備超高強度纖維素水凝膠，（B）制備高強度纖維素絲，（C）制備各種均相復合物，圖為聚集誘導發光染料@纖維素無相復合物，（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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（責任編輯：xu）
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