[发明专利]利用超临界二氧化碳处理纤维素的方法及其产品和用途

说明书

技术领域

本发明属于有机/无机复合材料领域，具体地说涉及一种利用超临界二氧化碳处理纤维素的方法及其产品和用途。

背景技术

纤维素是地球上含量最丰富的可再生资源，每年自然界中通过光合作用合成的纤维素约为1×10¹²吨。纤维素用途广泛，具有优异的生物可降解性、生物相容性和易衍生化等特点。在纤维素内部，大量羟基形成的分子内和分子间氢键网络赋予了纤维素极好的亲水性质，却也使得它难溶、难熔，这极大地限制了纤维素的加工和应用(Angew.Chem.，Int.Ed.，2005，44，3358.)。为此，纤维素的再生及其杂化改性研究一直是人们探索的热点，特别是对纤维素进行无机掺杂改性，制备有机/无机杂化材料从而扩展纤维素及其衍生物在纺织、催化、制药和功能膜等领域的应用已广泛引起研究者的兴趣(Prog.Polym.Sci.，1995，20，889；Macromol.Rapid Commun.，2004，25，1632；Adv.Mater.，2005，17，2365.)。

在各种纤维素衍生化方法中，超临界流体技术的涌现和应用为处理和改性纤维素提供了一种新途径。特别是超临界二氧化碳因其无毒无害、不燃烧、无污染、易回收和价格便宜等优点，是应用最为广泛的超临界流体。另外，二氧化碳在超临界状态下具有许多优异的性能，如扩散系数大、粘度低且无表面张力，传质和溶解能力、介电常数等性质可随压力的调节而迅速改变，对天然高分子和合成聚合物具有很强的渗透和溶胀能力(Ind.Eng.Chem.Res.，2003，42，367.)。因此，可利用超临界二氧化碳对改性添加物的协同渗透作用，实现添加物对高分子基质的渗透，从而使材料结构发生变化，完成有机无机杂化材料的制备。降压后，二氧化碳从基质中逸出，可回收循环利用，整个过程简便易操作，重复性好，是一种绿色环保的加工改性聚合物的方法。

在以纤维素为基质的各种复合材料中，纤维素/无机氧化物复合材料的研究尤其引人注目。利用有机相(纤维素)和无机相(金属或非金属氧化物)组分间的协同作用，纤维素/无机氧化物复合材料在许多领域都具有广泛的应用，例如催化环境污物和有害化学物质的降解，制备具有紫外防护和优异力学性能的功能膜材料，以及抗菌材料和过渡金属碳化物材料等(J.Photochem.Photobiol.，A-Chemistry.，2007，189，286；J.Sol-Gel Sci.Technol.，2007，44，111；Surf.Sci.，2005，599，69；Adv.Mater.，2004，16，1212.)。

以纤维素/二氧化钛复合材料为例，目前，在复合材料的合成方法上有表面溶胶-凝胶法、化学气相沉积法和原子层沉积法等。Huang和Kunitake等研究者利用滤纸为模板，在其表面引入二氧化钛涂层，在纳米尺度下精确复制了纤维素的层级结构(J.Am.Chem.Soc.，2003，125，11834.)。由于溶胶体具有较高的粘度和表面张力，在毛细管效应的作用下，该方法无法使溶胶覆盖模板纤维中较窄的间隙等部位。Zhang和Ikushima等人分别利用氢氧化钠/尿素和1-丁基-3-甲基咪唑氯代离子液体溶解纤维素，并通过加入二氧化钛粉末或其前驱体，从而制备纤维素/二氧化钛复合材料(J.Appl.Polym.Sci.，2006，101，3600；Green Chem.，2007，9，18.)。这些方法无法避免天然纤维素的溶解和再生过程，其晶型均发生了改变。Liu和Han等学者利用超临界二氧化碳将溶胶前驱体钛酸异丙酯渗透并吸附在棉纤维表面，与纤维表面吸附的水及活性基团反应，从而引入二氧化钛涂层，制备出纤维素/二氧化钛复合材料(Chem.Commun.，2005，23，2948.)。但此方法中所使用的前驱体钛酸异丙酯价格相对较贵，且其与纤维表面吸附的水发生水解和缩合反应的比例和速率不宜控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用超临界二氧化碳处理纤维素的方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种上述处理方法制得的有机/无机复合纤维材料。

本发明所要解决的再一技术问题在于提供上述有机/无机复合纤维材料的用途。