改性纤维素
棉纤维素基材料的改性及性能研究报告
棉纤维素基材料的改性及性能研究报告棉纤维素是一种重要的天然纤维素基材料，具有良好的生物可降解性、可再生性和可持续性，因此在许多领域都有广泛的应用。
然而，棉纤维素的应用受到其特性的限制，例如低机械强度、吸湿性差和热稳定性差等。
为了克服这些限制，研究人员进行了大量的改性研究，并取得了一系列重要的进展。
1. 改性方法棉纤维素的改性方法主要包括物理改性和化学改性两种。
物理改性方法包括机械处理、热处理和辐射处理等，通过改变纤维素的结构和形态来改善其性能。
化学改性方法包括酯化、醚化、氨化和磺化等，通过引入功能基团或改变纤维素的化学结构来改善其性能。
2. 改性效果改性后的棉纤维素材料在机械性能、吸湿性、热稳定性和生物降解性等方面都得到了显著提高。
例如，经过物理改性处理后的棉纤维素材料具有更高的机械强度和模量，可以满足一些特殊应用的需求。
化学改性可以使棉纤维素材料具有更好的吸湿性和热稳定性，适用于纺织、造纸和包装等领域。
此外，改性后的棉纤维素材料仍然保持了良好的生物降解性，对环境友好。
3. 性能研究对改性棉纤维素材料的性能研究主要包括力学性能测试、吸湿性测试、热稳定性测试和生物降解性测试等。
力学性能测试可以通过拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等方法来评估材料的机械性能。
吸湿性测试可以通过浸水试验和湿热试验等方法来评估材料的吸湿性能。
热稳定性测试可以通过热重分析和差示扫描量热法等方法来评估材料的热稳定性。
生物降解性测试可以通过培养基培养和土壤埋藏等方法来评估材料的降解性能。
4. 应用前景改性棉纤维素材料具有广阔的应用前景。
在纺织领域，改性棉纤维素可以用于制备高强度、高吸湿性和高透气性的纺织品。
在造纸领域，改性棉纤维素可以用于制备高强度、高光泽度和高印刷性能的纸张。
在包装领域，改性棉纤维素可以用于制备可降解的包装材料，减少对环境的污染。
此外，改性棉纤维素还可以应用于生物医学领域、食品包装领域和电子领域等。
总之，棉纤维素基材料的改性及性能研究是一个重要的研究方向。
纤维素基材料的改性与性能优化
纤维素基材料的改性与性能优化纤维素是地球上最丰富的天然有机聚合物之一，广泛存在于植物细胞壁中。
由于其具有可再生、可生物降解、生物相容性好等优点，纤维素基材料在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
然而，纤维素本身的一些特性限制了其直接应用，因此对纤维素基材料进行改性以优化其性能成为了研究的热点。
纤维素的结构特点决定了其化学性质相对稳定，在常见溶剂中的溶解性较差，这给其加工和应用带来了一定的困难。
同时，纤维素的机械性能、热稳定性等也有待提高，以满足不同领域的特殊需求。
对纤维素基材料的改性方法多种多样，化学改性是其中较为常见的一种。
通过酯化、醚化等反应，可以在纤维素分子链上引入不同的官能团，从而改变其物理和化学性质。
例如，纤维素的酯化反应可以使其具有更好的疏水性，拓宽其在防水领域的应用；醚化反应则可以增加纤维素在有机溶剂中的溶解性，便于进一步的加工处理。
物理改性也是优化纤维素基材料性能的有效手段。
比如，通过对纤维素进行微细化处理，制备成纳米纤维素，可以显著提高材料的比表面积和机械强度。
纳米纤维素具有高长径比和优异的力学性能，可用于增强复合材料的强度和韧性。
此外，将纤维素与其他材料进行共混也是一种物理改性方法。
通过选择合适的共混组分和比例，可以综合各组分的优点，获得性能更优的复合材料。
在纤维素基材料的改性过程中，接枝共聚也是一种重要的方法。
通过将具有特定功能的聚合物链段接枝到纤维素分子上，可以赋予纤维素新的性能。
例如，接枝具有抗静电性能的聚合物可以使纤维素基材料在电子领域得到应用；接枝具有抗菌性能的聚合物则可以使其在医疗卫生领域发挥作用。
除了单一的改性方法，多种改性方法的组合往往能够取得更好的效果。
例如，先对纤维素进行化学改性以改善其溶解性，然后再进行物理共混，制备出的复合材料性能可能会优于单独使用一种改性方法得到的材料。
改性后的纤维素基材料在性能上得到了显著优化。
在机械性能方面，经过增强处理后的纤维素基复合材料的强度和韧性大幅提高，能够满足结构材料的要求。
改性纤维素
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5、乳化食品
• 搅打奶油是水包油型乳状液中的气泡，因为气泡 壁很薄难以维持，使用物理改性纤维素如微结晶 纤维素能够维持其的结构完整性。此外，纤维素 醚类能够聚集在气液界面从而保持气泡壁的完整 性。
• 甲基衍生物在界面形成的胶凝稳定了气泡壁，使 产物具有更好的回弹力和稳定性。
• 纤维素胶的持水性可减少搅打产品脱水收缩，使 其在冷藏后恢复原来的性质。
性
微原纤维化纤维素
纤
维
纤维素无机酸酯 纤维素酯类
素
化学改性纤维素
纤维素有机酸酯
羧甲基纤维素（CMC）
纤维素醚类 甲基纤维素（MC）
羟丙基甲基纤维（HPMC）
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制备方法
• 目前改性纤维素的生产方法主要有： 物理方法和化学方法。
（1）微晶纤维素粉（MCC） 用植物纤维原料与无机酸捣成浆状，制 成α-纤维素，使纤维素作部分解聚后 除去非结晶部分提纯而得。
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4、流体食品
• CMC在可溶性固体浓度很高（45%-60%）的体 系中是一种有效的增稠剂，并且同大多数化学改 性纤维素一样能够形成透明的溶液，这种性质正 好是果酱、果汁这类食品所需要的。
• CMC有假塑性，口感爽快，同时具有良好的悬浮 稳定性。由于果汁颗粒是带负电的，所以加入带 负电的胶体可以增加颗粒之间的静电排斥作用， 0.4-0.5%浓度的CMC就可以完全阻止果汁的澄清。
（1）改性纤维素可以提供食品保持完整所需要的结 合力并有助于改善食品品质。目前在以碎鱼、碎虾 为原料生产鱼块和虾块的过程中添加少量的MC可 以使产品具有低温挤压成型性和高温稳定性，可以 保证产品在高温油炸的稳定。
（2）由于纤维素衍生物形成胶凝，含水量较高，可 以增加水相的粘度，所以使用纤维素代替肉制品中 的部分脂肪，可以改善结构性质，产生润滑的稠度， 增强脂肪口感。而这一点也正好符合低脂肪的消费 观念。
改性纤维素类絮凝剂的制备和应用研究进展
岳弈君［7］以N-乙烯基甲酰胺、丙烯腈和羧甲 基纤维素为原料合成了羧甲基纤维素接枝聚脒，此 目标高分子聚合物拥有五元环状骨架，可用来作为 新型絮凝剂替代现有的聚丙烯酰胺；羧甲基纤维素
基金项目：甘肃省科技厅2017年创新基地和人才计划(第二至第六批)项目(17CX2JA016)；甘肃省科技厅2018年甘肃省科技计划(技术创 新引导计划第六批)项目(18CX6JA024)
•7-
INDUSTRIAL WATER & WASTEWATER
工业用水与废水
Vol.52 No. 3 Jun., 2021
度去除率为 85.0%。 1.4改性稻壳、秸秆纤维素絮凝剂
目前，稻壳、秸秆一般被用作造纸、燃料、活 性炭、饲料、建筑的原料，利用率非常低。淀粉、 壳聚糖等在天然高分子絮凝剂领域研究的较多，而 稻壳、秸秆类絮凝产品较少。
稻壳、秸秆是农作物废弃物，以农作物废弃物 为原料合成絮凝剂，将其变废为宝，以废治废，是 未来可持续发展的需要。 1.5改性树材纤维素絮凝剂
树材纤维素是自然界最丰富的纤维素材料资源 之一。树材纤维素本身含有负电基团，含有大量的 邻苯二酚基和自由酚羟基，与重金属离子容易发生 螯合作用，在污水处理过程中可有效处理重金属离 子。改性树材纤维素絮凝剂的制备一般采用纤维板 材和树皮作为反应原料。
纤维素改性处理的研究进展_王天佑
。其中以表面吸附， 液氨改性应用最
刚开始对天然纤维素的物理改性是微粉化和薄 膜化， 后来为了应用于吸附材料， 球化改性及各种球 化改性的方法也慢慢被提出。郝红英等 利用植物 的秸秆，通过高压蒸汽闪爆技术、 稀碱蒸煮等方法制 出有一定 α 纤维素含量的秸秆基纤维素， 对产物进 2+ 行碱化、 醚化和胺基亲核取代， 得到了可以吸附 Cu 和 Cd 等重金属离子的乙二胺螯合植物秸秆纤维 素， 通过研究得出， 可以用蒸汽闪爆来钝化天然植物 秸秆纤维素。Lidija 等 在纤维表面通过吸附 CMC 来引进羧基， 从而制备出了一种新的吸附材料， 试验 结果表明， 相对分子质量高的 CMC 首先被吸附， 并 ， 50% 且棉纤维总电荷量会大幅度地提高 可以提高 左右， 从而使产品的吸附性能大大提高 。 液氨整理后纤维的天然转曲基本消除， 截面变 圆， 内腔变小， 表面平滑且光泽感强， 结晶结构略疏 散。液氨加工 克 服 了 其 他 抗 皱 整 理 加 工 的 诸 多 缺 点， 使纤维的性能得到全面提升， 并具有明显的“形 ， 状记忆性” 是多年来纤维改性的一大突破 。Dor［18 ］ nyi 等 研究表明黄麻纤维经过液氨处理以后结晶 度有所下降。纤维素的晶型由纤维素 Ⅰ 转变为纤维 素Ⅲ。通过液氨处理黄麻纤维的表观结构有了很大 的改善， 纤维表面光滑圆润、 粗细均匀， 并且改善了 提高了织物表面平整度等。 纱线粗细的均匀性，
［11 ］ ［9 ］
首先， 在天然纤维素原料中， 表面经常被半纤维 素和木质素包裹着。 因此必须要先使纤维素能够纯 净地提取出来， 把这三种组分分离开来 。 其次， 虽 然在天然纤维素的分子链 上 存 在 着 大 量 的 活 性 羟 在一定条件下可以发生氧化、 酯化、 醚化、 接枝共 基， 聚等反应， 但是由于自身的羟基之间会形成大量的 且具有较为复杂的结晶性原纤结构， 其中结晶 氢键， 区封闭了大部分的活性羟基， 也就导致了纤维素改 性反应中呈现不均一性， 产物性能的不确定性。 为 一般在改性反应前进行各 了避免这种情况的发生， 种预处理， 可以降低纤维素的聚合度、 结晶度， 让纤 从而提高纤维素的反应 维素的 可 及 度 有 所 增 加， 。 活性 1． 1 物理方法 现在试验中常见的物理预处理方法主要包括闪 爆处理、 干法、 机械粉碎、 超声波及微波处理、 蒸汽爆 炸、 氨爆炸、 溶剂交换等。 物理预处理的主要目的是 让纤维素外观结构形态变化， 例如聚集纤维的解体、 膨胀等。就目前而言， 较新且用得较多的物理方法 ［4 ］ 有闪爆处理、 超声波处理等。 张袁松等 采用闪爆碱煮联合对天然竹纤维进行脱胶处理， 在闪爆压力 NaOH 质量浓度为 保压时间为 15 min， 为 0． 8 MPa， 4 g / L， 碱煮 90 min 的条件下， 得到纤维素的占有率为 77． 16% ， 其中纤维中的半纤维素含量和木质素含量 分别下降了 41． 61% 和 31． 94% ， 而纤维素的含量却 ［5 ］ 从 40． 51% 提高到 63． 59% 。殷祥刚等 对大麻纤维 进行闪爆处理， 得出闪爆处理后的麻纤维不仅其密 其中的纤维素含量从 度和 聚 合 度 会 有 所 下 降， 52. 94% 增加 到 84． 37% 。 闪 爆 处 理 具 有 处 理 时 间 短、 无毒、 无污染、 能耗低、 效率高等优点， 受到了纺 织、 轻工、 化工等行业的关注。 唐爱民等
纤维素改性研究现状
不仅植物会合成纤维素，一些细菌，如乙 酸杆菌属（Aeetobaeter）、产碱菌属 （Alcaligenes）、八叠球菌属（Sareina）、根 瘤菌属（Rhizobium），也能合成纤维素，成 为细菌纤维素。其改性途径主要有两种。
4.1生物改性 生物改性是在细菌纤维素生命合成过程中， 即在细菌发酵过程中外加物质对其结构和 性能进行调控。
1.2化学方法 1.碱法处理（墨塞丝光处理法） 提高纤维素表面黏结性能、力学性能、溶胀性能 增加了反应位点 2.紫外线和伽玛射线处理 提高拉伸性能 3.氯化锌处理 提高纤维素酶水解的速率和产率及纤维素的接枝 率
纤维素化学改性主要依靠与纤维素羟基有关 的反应来完成。 2.1纤维素酯化 纤维素酯化反应是指在酸催化作用下，纤 维素分子链中的羟基与酸、酸酐、酰卤等 发生酯化反应。包括纤维素有机酸酯化和 纤维素无机酸酯化。
纤维素：含量丰富、应用范围 广、可替代石油煤炭成为新能源， 符合可持续发展。 纤维素由于其结构难于加工， 可通过改性，通常采 用物理或化学的预处理法来处理纤维素，从而增加可 及度。 1.1物理方法 原理：纤维素的形态结构变化，导致可及度增加 干法或湿法磨 蒸汽爆炸 氨爆炸 溶剂交换 浸润
2.2纤维素醚化 纤维素醚化指纤维素在碱催化作用下发生 醚化反应。
2.3纤维素接枝共聚 纤维素的羟基作为接枝点，将聚合物连接 到纤维素骨架上，称为纤维素的接枝反应 方法：自由基聚合、离子聚合、开环聚合、 原子转移自由基聚合
纤维素的生物改性是利用酶的作用处理纤 维素，主要应用于造纸行业 3.1改善纸浆滤水性能 3.2降低打浆能耗，促进打浆
4.2 化学改性 化学改性是在分离得到纯细菌纤维素后对 其进行改性或表面修饰。细菌纤维素与普 通植物纤维素具有非常相似的化学组成和 结构，因此也能像植物纤维素一样进行羧 甲基化、乙酰化、酯化、磷酸化、苯甲酸 酯化以及多种接枝共聚反应和交联反应。
纤维素 改性方法
纤维素改性方法纤维素是一种普遍存在于植物细胞壁中的天然高分子化合物，具有良好的生物兼容性和生物降解性。
然而，由于其天然结构的特殊性质，其应用范围被严格限制。
为了拓宽纤维素的应用领域，需要对纤维素进行改性处理，改善其物理化学性质。
纤维素改性的方法有很多，主要包括物理改性、化学改性、生物改性等几种方式。
1. 物理改性物理改性主要是通过物理手段改善纤维素的物理性质，包括热学性质、机械性能等。
如超声波、高压处理、机械剪切等方法，这些方法都可实现对纤维素晶体结构的改变，增加其在溶液中的分散性，提高物理性质。
2. 化学改性化学改性是通过化学方法改变纤维素化学结构，使其物理性质发生改变，达到拓宽其应用领域的目的。
包括酸碱水解、酯化、磺化、取代反应等方法。
主要分为酸性、碱性和中性处理。
其中酸性处理是在酸性条件下将纤维素分解成较小的组分，一般采用硫酸、盐酸等。
碱性处理则是在碱性条件下使纤维素表面官能团发生化学反应，例如烷基化、羧化、醛化、磺化等。
中性处理则是通过环保型试剂处理，如EDTA、淀粉、酵母菌等。
其中磺化法改性效果最好，可提高纤维素溶解性、提高其热稳定性和增强纤维素的亲水性。
3. 生物改性生物改性是利用生物体内产生的酶或其他微生物将原生态纤维素结构分解，产生一系列新的附属物。
主要包括纤维素酶法和微生物发酵法。
纤维素酶法利用多种纤维素酶针对纤维素结构进行部分酶解改性，如替代法、羟化法、甲基化法等。
微生物法则利用微生物菌株对纤维素进行新附属物的生物合成。
不同的改性方法具有不同的特点和应用范围，应根据实际需要选择合适的改性方法。
通常，量大且精度要求不太高的纤维素改性常采用消化法；对于要求高的和发展中的领域，如纳米纤维素等，物理改性技术可以很好地处理纤维素；而在体外医疗器材及食品包装等领域中，应使用生物改性方式。
总之，纤维素是一种含量极高、来源广泛的可再生资源。
对纤维素进行改性处理能够将原生态纤维素的物理性质、化学性质等方面进行优化，从而拓宽其应用领域，更好地推动工业生产和环保事业的发展。
硝化竹纤维素工艺
硝化竹纤维素工艺硝化竹纤维素是一种改性纤维素材料，通过硝酸硝化处理而得。
它具有高熔点、耐热性和良好的机械性能，广泛应用于制造爆破器材、纺织品、塑料制品等领域。
本文将介绍硝化竹纤维素的工艺流程、性质以及应用。
硝化竹纤维素的工艺流程主要包括原料处理、硝化处理以及后处理。
首先，将竹纤维进行初步处理，包括去除杂质、切碎、漂白等。
接下来，将处理后的竹纤维置于硝化酸液中，进行硝化反应。
硝化反应时间和温度的控制是影响硝化程度的关键因素。
硝酸和硫酸的浓度以及酸液的配方也需要精确调控。
硝化反应完成后，需要进行充分的清洗和中和处理，以去除残余的酸性物质。
最后，对硝化竹纤维素进行干燥，以得到可用的硝化竹纤维素。
硝化竹纤维素的性质主要受制于硝化程度。
硝化程度越高，硝化竹纤维素的熔点越高，耐热性和力学性能也越好。
硝化竹纤维素的硝基含量一般在10%~15%之间，而硝基含量越高，硝化竹纤维素的爆炸性能也会更好。
硝化竹纤维素具有良好的柔韧性和可模塑性，可通过热压、注塑等方式加工成各种形状的制品。
同时，硝化竹纤维素还具有较好的防水性能和化学稳定性，可用于制作防水材料和化学反应容器。
硝化竹纤维素具有广泛的应用领域。
首先，它被广泛应用于制造爆破器材。
由于硝化竹纤维素具有较高的爆炸性能和稳定性，可以用来制作炸药、导火索等爆破器材。
其次，硝化竹纤维素还可用作纺织品材料，如服装、床上用品等。
硝化竹纤维素纺织品具有良好的光泽和手感，同时还具有阻燃性能，可用于制作阻燃服装等特殊用途纺织品。
此外，硝化竹纤维素还可以用于制造塑料制品、导电材料等。
然而，硝化竹纤维素也存在一些问题。
首先，硝化竹纤维素在加工和使用过程中易受湿气、热源和紫外线等外界因素的影响，导致性能的下降。
其次，由于硝化竹纤维素的硝基含量较高，其爆炸性能也较好，对于干燥和储存有较高的要求，需要采取相应的安全措施。
此外，硝化竹纤维素的制备工艺较为复杂，生产成本较高，限制了其在一些领域的应用。
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+ CH3COOH
Байду номын сангаас
H2SO4
P OCOCH3
3
+ H2O
醋酸纤维物性稳定，不燃，可用作制造电 影胶片的片基材料、制漆和各种塑料制品，最 大用途是制造人造丝。
d. 纤维素醚
将碱纤维素与氯乙酸钠反应可制得具有多种 重要用途（胶体保护剂、粘接剂、增稠剂、表面 活性剂等）的羧甲基纤维素：
羟甲基纤维素
羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体、溶 液、有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋 形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、 耐盐、悬浊等特性，且生理无害，因此在 食品、医药、日化、石油、造纸、纺织、 建筑等领域生产中得到广泛应用。
硝化纤维素有军用和民用两大应用领 域，军用部分主要集中在兵器火炸药行业 生产，实行军品管理。民用部分主要用作 涂料，赛璐珞，人造纤维，电影胶片油墨 等多个领域。
硝化炸药
乒乓球
胶片底黑
纤维素乙酸酯 纤维素乙酸酯常被称为醋酸纤维素，物 性稳定，不燃，由乙酸或乙酸酐在硫酸催化 下与纤维素反应制得：
P OH
b. 粘胶纤维
纤维素黄原酸酯
粘胶纤维
粘胶纤维吸湿性好，穿着舒服，可纺织 性优良，常与棉毛或各种合成纤维混纺、 交织、用于各类服装及装饰用纺织品。高 强力粘胶纤维还可用于轮胎帘子线、运输 带等工业用品。
c. 纤维素酯
纤维素与酸反应酯化可获得多种具 有重要用途的纤维素酯。重要的有： 硝化纤维素：
硝化纤维
e. 应用前景
纤维素原料丰富、耐酸碱腐蚀、成本较 低，改性纤维素技术及其应用越来越受到重 视。改性纤维素目前较多应用于传统环保领 域，国外已经延伸到高附加值的药物缓释领 域，总之，随着不可再生资源的日益短缺， 纤维素改性材料在各个行业中将具有更广阔 的应用前景。
改性纤维素
目录
01
粘胶纤维
纤维素简介
02 03
纤维素酯
纤维素醚
04 05
应用前景
a. 纤维素 纤维素是天然高分子，因其高度结 晶，不溶，不熔，不能直接加工成产品， 其改性是利用每个结构单元上的三个羟 基，与酸发生酯化反应，与硫酸酯、氯 代烷等发生醚化反应。
纤维 素酯
粘胶 纤维
纤维 素
纤维 素醚