纖維素的交聯和接枝

纖維素的交聯和接枝纖維素交聯 纖維素接枝 接枝反應（見接枝共聚合）可以改善纖維素的某些性能。

纖維素的交聯和接枝

正文

纖維素高分子與雙官能團的分子作用，導致纖維素高分子間生成交聯鍵(即橋鍵)而呈網狀結構的反應，稱為纖維素的交聯（圖1）。一種(或多種)單體在纖維素高分子主鏈上通過引發而生成支鏈的反應，稱為纖維素的接枝（圖2）。交聯和接枝能保持纖維素的原有主鏈和結晶結構，同時賦予新的性能。

纖維素的交聯和接枝

纖維素的交聯和接枝

纖維素交聯　交聯反應（見高分子交聯）可固定纖維素高分子間的相對位置，因而可以部分克服纖維素織物易收縮和起皺的缺點。
交聯處理　是織物整理的一個重要內容，一般稱為織物的樹脂整理。平均約四個葡萄糖基具有一個交聯鍵時，纖維素的抗皺性最高。交聯還導致強度、斷裂伸長、撕破強度、韌性和耐磨性下降，回彈性上升，水中溶脹度下降，並不再溶於一般的纖維素溶劑。在溶液中的交聯導致纖維素凝膠的產生。紙張經交聯處理後即使在濕態也表現永久性的原纖間的鍵合，強度下降不明顯，因而被用於紙袋、紙巾和地圖等。
交聯改性反應　迄今已有幾百種化合物用於纖維素的交聯改性，主要有：
① 纖維素RcellOH與甲醛CH2O的反應：

② 纖維素與甲醛和尿素(H2NCONH2)的反應：

③ 纖維素與二元羧酸（HOOCRCOOH,R為烴基）的反應：

④ 纖維素與二元醛(OHCRCHO)的反應：

⑤ 纖維素與二元環氧化物的反應：

二乙烯基碸和其他烷基碸用於纖維素交聯，其產物在洗滌和漂白過程中具有抗氯性。
為取得最佳折皺回復，麻和棉的抗皺試劑(交聯劑)的加入量(以織物增重的百分數表示)約為3％～5％，人造絲則要15％左右。
纖維素接枝　接枝反應（見接枝共聚合）可以改善纖維素的某些性能。一般，接枝從纖維表皮向芯層發展，同時纖維發生橫向膨脹，縱向長度不變或稍有收縮。接枝只能在纖維素的非晶區和晶區表面進行，因此，只有一部分纖維素分子參與接枝。由於主鏈分子的束縛，支鏈的鏈終止困難，其長度可以遠遠超過主鏈長度。一般條件下，在接枝的同時，也生成沉積在纖維表面和內部空穴的均聚物，經適當的熱處理後，都會對纖維起增塑作用，支鏈聚合物則起內增塑作用。在反應過程中，纖維素受試劑溶液的作用而溶脹，其部分氫鍵被打開，由於支鏈和均聚物的嵌入，在乾燥後這部分氫鍵不能重建，使纖維處於假膨化狀態。
接枝方法　有自由基引發和離子型引發兩類，前者又分為氧化引發、鏈轉移引發和能量引發。在氧化引發劑中最常用的是高鈰鹽，其引發機理如下：

理論上，在纖維素骨架上直接產生自由基，可避免均聚反應，但由於鈰離子也能與單體作用，通常也有均聚物產生。用於直接氧化纖維素的引發劑還有釩(V5+)鹽、鉻(Cr6+)鹽、鐵(Fe3+)鹽、高錳酸鹽和高碘酸鹽等。
鏈轉移引發劑有過氧化物、過硫酸鹽、偶氮化合物和低價金屬鹽-過氧化氫體系等。研究較多的是亞鐵鹽-過氧化氫體系：

羥基自由基與纖維素反應引發接枝共聚，也引發單體產生均聚反應。
臭氧氧化可使纖維素產生過氧化基團，分解後產生自由基。除化學方法外，還可採用高能輻射、光照，以及在電漿條件下的微波輻射等物理方法來引發纖維素接枝。
接枝工藝對性能的影響　單體品種、原始纖維材料、接枝工藝都影響接枝產物的性能。一般，物理和力學性能的改變需要接枝增重30％以上。由於接枝的內增塑和假膨化作用，玻璃化溫度和模量下降，延伸度和回彈性增加。粘膠纖維接枝後，絕對強度不變或略有上升，相對強度則下降。由於棉纖維的形態結構的複雜性，接枝後相對強度顯著上升。用苯乙烯或丙烯酸酯接枝後，織物熨燙後的折縫穩定並耐水洗，具有所謂熱固性。接枝織物不僅可用直接染料和活性染料染色，還可用其他品種的染料（隨接枝聚合物而異），其耐酸性也顯著提高。經接枝後粘膠織物的吸水量由 120％下降至相當於羊毛的吸水量的45％左右，可消除因汗濕而貼上皮膚的弊病。紙張接枝後，濕強度和不同溫度下的尺寸穩定性顯著提高。接枝增重百分之幾，即可顯著地改變纖維素的表面物理和化學性能，如使它具有極強的疏水性（接枝苯乙烯）、耐微生物和耐光老化的性能（接枝丙烯腈）。

配圖

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