纤维素衍生物在环保和医药方面的应用

纤维素衍生物在环保和医药方面的应用

【摘要】：以天然纤维素为基体进行改性可以得到活性更强的改性纤维素。且纤维素是是符合可持续发展要求的可再生资源。本文从纤维素的结构对其作出简介，并对纤维素和其衍生物在环境保护和医学药用方面的应用。【关键词】：纤维素衍生物环境保护医学药用应用

Cellulose derivatives in terms of environmental protection and medicine

【Abstract】：Natural cellulose for matrix modified can get active stronger modified cellulose. And cellulose is accord with the sustainable develop ment requirements of the renewable resources. This article from the cellu lose structure is made to its profile, and the cellulose and its derivatives in environmental protection and medical medicinal applications.

【Key words】：cellulose derivative environmental protection Medicine medicinal application

【引言】：纤维素是世界上最丰富的天然有机物，占植物界碳含量的 50% 以上，每年通过光合作用可合成约1.5×1012t 。纤维素及其衍生物在纺织、轻工、化工、国防、石油、医药、能源、生物技术和环境保护等部门应用十分广泛。近年来随着石油、煤炭储量的下降以及石油价格的飞速增长和各国对环境污染问题的

日益关注和重视，纤维素这种可持续发展的再生资源的应用愈来愈受到重视。纤维素可广泛替代石油化工原料，对缓解世界能源与环境问题有着重大意义。

1纤维素

1.1纤维素简介

纤维素(C6H10O5)n是D-葡萄糖以β-1,4- 糖苷键组成的大分子多糖分子量50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基，在结晶区内相邻的葡萄糖环相互倒置，糖环中的氢原子和羟基分布在糖环平面的两侧。由于天然纤维素的聚集态结构特点及其分子间和分子内存在着很多氢键和较高的结晶度，因此不能在水和一般有机、无机溶剂中溶解，也缺乏热可塑性，并且耐化学腐蚀性、强度都比较差，这对其成型、加工和应用都极为不利，致使其应用受到许多限制。纤维素分子中的每个葡萄糖基环上均有 3 个羟基，可以发生氧化、酯化、醚化、接枝共聚等反应，经过结构改造后可以引入大量其它结构的基团，从而改进纤维素性质。天然纤维素改性是纤维素利用的有效途径。能否充分利用这些丰富的可再生原料，是解决未来能源问题和环境问题的一个关键因素。因此，世界各国都很重视纤维素的研究与开发。

常温下，纤维素既不溶于水，又不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等。它也不溶于稀碱溶液中。因此，在常温下，它是比较稳定的，这是因为纤维素分子之间存在氢键。在

一定条件下，纤维素与水发生反应。反应时氧桥断裂，同时水分子加入，纤维素由长链分子变成短链分子，直至氧桥全部断裂，变成葡萄糖。其纤维素本身在生理方面有较多的利用方式，如有助消化、治疗糖尿病、预防和治疗冠心病、降压作用、抗癌作用、减肥治疗肥胖症、治疗便秘、清除外源有害物质等。

1.2纤维素的结构

纤维素是由 D-吡喃型葡萄糖基彼此以1,4-β-苷键连接而成的一种均一的高分子，在结晶区内相邻的葡萄糖环相互倒置，糖环中的氢原子和羟基分布在糖环平面的两侧[2]。其结构可用霍沃思式表示如图1所示。

纤维素结构图

2纤维素改性及其衍生物

纤维素由于其多样的用途，现今人们对其的利用与开发已经达到一个相当多样的地步；由不同的利用目的而对其作出不同的处理。所以纤维素的衍生物有多种多样，其性能也有或多或少的差异。

2.1纤维素脂类

纤维素醋类衍生物分为纤维素无机酸醋和纤维素有机酸醋,后者又分为单醋和混合醋。国内外广泛应用的纤维素醋类衍生物有纤维素硝酸醋、醋酸醋、醋酸丙酸醋和醋酸丁酸醋,此外还在开发纤维素硫酸醋、磷酸醋、丙酸醋、丁酸醋、纤维素氨基甲酸醋、纤维素醋酸山梨酸醋、纤维素醋酸酞酸醋等的用途。

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。

纤维素无机酸酯是指纤维素分子链中的羟基与无机酸，如硝酸、硫酸、磷酸等，进行酯化反应的生成物。其中以纤维素硝酸酯（也称硝化纤维）应用最广，它是由纤维素经不同配比的浓硝酸和硫酸的混合酸硝化制得，公式如下。纤维素硝酸酯应用于制造火药、爆胶、电影胶片和硝基清漆等。

纤维素有机酸酯是指纤维素分子链中的羟基与有机酸、酸酐或酰卤反应的生成物，主要有纤维素的甲酸酯、乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯、乙酸丁酸酯、高级脂肪酸酯、芳香酸酯和二元酸酯等。

2.2纤维素接枝共聚物

利用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。依据接枝聚合物的结构、性质、相对分子质量的不同，可赋予纤维素多种性能和用途。改性后的纤维素可用于复合材料、生物降解塑料、离子交换树脂、吸水树脂、絮凝剂以及螯合纤维等方面。目前常用的纤维素接枝改性的方法主要包括自由基聚合、离子型聚合、开环聚合、原子转移自由基聚合等。

改性纤维素虽然比纤维素有了较为明显的优点，但其相对分子质量增加不多，从而使其强度、粘度等性质受到了一定的限制。而改性纤维素的接枝共聚是对纤维素进行改性的另一种重要方法，此种方法是在保留纤维纱固有的优点不被破坏的同时赋予其新的性能。其聚合的方式有自由基聚合、离子型聚合、开环聚合、原子转移自由基聚合等方式。

2.3纤维素醚类

纤维素醚是以天然纤维素（浆）为基本原料，经过碱化、醚化反应的生成产物。图 2所示纤维素醚的生产工艺，已有几十年的历史。

图2

此外，羟乙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟丁基甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟丁基纤维素、甲基羧甲基纤维素、乙基甲基纤维素、羟丙基羟丁基纤维素、羟乙基羟甲基纤维素、羧甲基羟甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素、羧甲基乙基纤维素等都属于混合醚，它们的改性机理也基本相同。