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纤维素是地球上最丰富的可再生资源,具有价廉、可降解和不污染生态环境等优点。将溶解的纤维素转化为能源、工业原料、造纸、膜、聚合物及涂料工业是纤维素资源化利用、保护环境的较好途径。
目前,离子液体作为一种新型的绿色和环境友好溶剂受到了极大的关注。离子液体具有以下性质:(1)蒸汽压极低、不可燃;(2)溶解能力极佳,可以对各种有机物、无机物及聚合物进行溶解;(3)热稳定性和化学稳定性高、液程宽(-90℃~300℃);(4)结构可调,组成离子液体的阴、阳离子可以根据某种实验的需要而设计。
在多相催化、有机合成、电化学、分离分析化学和天然高分子材料等化学化工领域中,关于离子液体应用的研究都有大量的报道。将离子液体应用于纤维素的报道始于2002年,Rogers在[BMIM]C1中实现纤维素的溶解。离子液体以其熔点低、蒸气压小、酸性可调及良好的溶解性能、粘度、密度等优异的理化特性成为纤维素的新型溶剂,离子体与传统的纤维素溶剂相比具有低挥发性、可回收利用、热性质稳定,避免了有机溶剂所造成的污染。
本论文中首先合成了9种离子液体,应用红外光谱等测试技术对离子液体的结构进行表征。其次考察不同离子液体对纤维素的溶解性能,通过偏光显微镜观察纤维素溶解过程中的形貌变化,发现纤维素在[BMIM]C1、[EMIM]Br、[BPy]C1和混合离子液体I四种离子液体中的溶解是直接溶解,没有衍生物的生成。再次考察溶解时间、溶解温度对溶解性能的影响。通过对纤维索溶解过程的观察,推测纤维素在离子液体中的溶解机理。通过扫描电镜得到纤维素的原生、再生以及醋酸纤维素的形态。
本论文在[EMIM]Br和[AcMIM]C1/[EMIM]Br混合离子液体中进行纤维素的均相乙酰化反应,考察了离子液体种类、时间、温度、酰化剂用量、催化剂等因素对醋酸纤维素取代度的影响。研究结果表明,在混合离子液体I中纤维素乙酰化的取代度最高达到1.10,80℃、3h、AGU/乙酸酐=1/6为反应的最佳条件。加入吡啶可以显著的提高产品的取代度,但加入过量的吡啶产品的取代度会有所下降;氯化锌同样可以提高产品的取代度;硫酸、[OMIM]HSO<,4>的加入会使纤维素发生严重的降解。