【摘 要】
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随着社会科技的不断发展,绿色材料受到更多的关注,纤维素作为一种常见的绿色材料大量存在于自然界中,是来源最丰富的天然有机高分子材料。对纤维素进行改性,不仅能实现纤维素的高值化利用,也有利于拓宽其应用范围。本文以纤维素为原料,通过原子转移自由基聚合法（ATRP）接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）对其改性,进一步利用GMA上的环氧基团进行再改性,将其应用在滤纸上构建疏水纸基材料,并研究了改性滤纸的油水分
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随着社会科技的不断发展,绿色材料受到更多的关注,纤维素作为一种常见的绿色材料大量存在于自然界中,是来源最丰富的天然有机高分子材料。对纤维素进行改性,不仅能实现纤维素的高值化利用,也有利于拓宽其应用范围。本文以纤维素为原料,通过原子转移自由基聚合法（ATRP）接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）对其改性,进一步利用GMA上的环氧基团进行再改性,将其应用在滤纸上构建疏水纸基材料,并研究了改性滤纸的油水分离性能。以微晶纤维素为纤维素基质,2-溴异丁酰溴为酯化试剂,制备纤维素溴异丁酯（C-Br）。选用取代度为1.45的C-Br,以二苯醚（S）为溶剂,Cu Br/PMDETA（五甲基二乙烯三胺）为催化体系,通过ATRP法接枝聚合GMA,当[S]:[GMA]:[C-Br]:[Cu Br]:[PMDETA]=50:50:1:1:1:1,反应420 min时,获得接枝率为236.20%的纤维素接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯聚合物（C-PGMA）。通过压片测其水接触角,发现随着C-PGMA的接枝率从68.88%上升到236.20%,接触角从50.1°上升到66.6°。在接枝反应中单体转化率随着反应时间的增加而增大,ln[M0]/[M]与反应时间呈现良好的线性关系。通过红外光谱（FTIR）和核磁共振氢谱（~1HNMR）结构表征,证实了反应成功进行。热重分析表明与微晶纤维素相比C-Br初始分解温度降低了90℃;C-PGMA的初始分解温度降低了100℃左右。为了提高C-PGMA的疏水性,利用接枝侧链中的环氧基团进一步改性。以氯化锌为催化剂,分别与十八醇、山梨酸和氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）进行开环反应。FTIR和~1HNMR结果证实了开环反应成功进行。当环氧基团与催化剂摩尔比为1:3时开环反应程度最高,分别达到55.2%、61.5%和58.6%。通过压片测其水接触角,发现C-PGMA经过十八醇和山梨酸改性后接触角有所提高,分别为73.1°和74.0°。以硅烷化C-PGMA为改性剂应用到滤纸上,制备疏水纸基材料。将C-PGMA溶解在二甲基亚砜（DMSO）中,与APTES水解液反应得到滤纸浸渍液。浸渍60 min后进行高温固化,随着固化时间从30 min延长到180 min,改性滤纸的接触角从76.5°上升到126.0°。通过扫描电镜观察发现,原始滤纸的纤维表面具有一些沟壑但整体较为平整光滑;改性后纤维间的一部分空隙被堵塞,纤维表面变得粗糙不平。改性后的滤纸透气度下降,粗糙度和耐破度略有提升;对不同种类的油水混合物以及不同比例的甲苯/水的混合物分离效率均在90%以上,并具有很好的重复使用性和较好的化学稳定性。
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