赵兵;林红;陈宇岳
【摘 要】高碘酸钠对纤维具有选择性氧化作用,可使纤维素链单元的两个仲羟基氧化成醛基,改变了纤维素的结构,拓展了纤维素的应用范围.文章综述了纤维素的氧化机理、氧化程度的表征方法、氧化程度的影响因素以及氧化纤维素在医学、功能材料和纺织方面的应用.通过对现有研究成果分析的基础上,文章展望了氧化纤维素研究中需要关注的问题,以期望实现高性能氧化纤维素的开发,实现其多领域应用.同时探讨了氧化纤维素的未来的发展方向.
【期刊名称】《现代纺织技术》
【年(卷),期】2013(021)005
【总页数】4页(P58-61)
【关键词】纤维素;氧化;高碘酸钠
【作 者】赵兵;林红;陈宇岳
条件致病菌
【作者单位】苏州大学图书馆,江苏苏州215021;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215021;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215021;苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州215021
【正文语种】中 文
【中图分类】TS101
选择性氧化是指在氧化纤维素某个特定位置羟基的同时抑制其它位置羟基的氧化，并可有效地抑制氧化反应过程中纤维的降解［1－2］。高碘酸钠选择性氧化纤维素后，可将C2、C3位置上的羟基氧化成醛基，为纤维素的功能性改性提供了反应活性点，这不仅改变了纤维素的结构，同时利用活性醛基对纤维素进行功能性改性，可生成众多功能性纤维素衍生物，大大拓展了纤维素的应用范围。本文综述了氧化纤维素的研究进展。 1 氧化机理
纤维素是自然界中分布广、含量大的一种可再生资源，由葡萄糖残基通过β－1，4－糖苷键连接而成，其分子组成为（C6H10O5）n，n为聚合度。每个葡萄糖单元中有3个极性羟
基，分别处于葡萄糖环的2、3、6位，这些羟基的存在直接决定了纤维素的化学性质，如酯化、醚化等。高碘酸钠选择性氧化纤维素，可将邻二羟基氧化为醛基，生成二醛基纤维素［3］，反应方程式如图1所示：
图1 高碘酸钠选择性氧化纤维素反应方程式
2 氧化程度的表征
利用红外光谱可以定性证实醛基的存在，纤维素选择性氧化后，会出现两个特征吸收峰，即1 730.2cm－1处的C＝O伸缩振动吸收峰和887.5cm－1处的半缩醛特征吸收峰［4－5］。此外，可采用盐酸羟胺法、紫外分光光度计法、氮含量转换法、羧基含量转换法等对醛基含量进行定量测定［6－7］。
3 氧化程度的影响因素醉了丽江
氧化程度的影响因素主要有氧化时间，氧化温度，氧化剂浓度和溶液的pH值4个指标。随氧化剂浓度的增大和氧化温度的升高，醛基含量愈高。因为氧化剂浓度越大、氧化温度越高，与纤维素接触的几率增大，对氧化反应和醛基形成越有利，因而醛基含量随之也不断
增大［8］。而pH值和氧化时间存在一个使醛基含量相对较高的值［9］。另外，天然纤维素结晶度高、难溶，对高碘酸钠可及度低，溶解困难，反应均一性差。因此，为了提高纤维素的反应均匀性和反应能力，可采用超声波或碱预处理对纤维素进行活化［10－12］。
4 应 用
4.1 医学上的应用
选择性氧化纤维素在医疗行业有广泛的应用［13－14］，如作为持续性的药物释放载体、止血纱布、药物纤维、手术缝合线、血液分离膜、抗凝血剂、人造器官、血泵等。集团经济研究
孟舒献［15］采用高碘酸钠氧化α－纤维素，制备了氧化纤维素，并研究了对尿素的吸附。王献玲等［16］以微晶纤维素为原料，高碘酸钠作为氧化剂，制备二醛基纤维素（DAC），考察各影响因素对二醛基纤维素制备的影响，探讨二醛基纤维素的醛基含量与尿素吸附容量之间的关系。结果表明：二醛基纤维素对尿素的最大吸附容量为59.23mg／g，是包醛氧淀粉尿素吸附容量的10倍（6mg／g），是包醛酶淀粉吸附容量的4倍（15mg／g），吸附平衡时间为4h。孔德领等［17］采用氧化纤维素共价键联血红蛋白，制备氧
载体，研究结果表明纤维素只有经过预氧化，碱处理和再氧化三步活化反应，才能使血红蛋白大量化，每克纤维素固定血红蛋白量达1.0g。氧载体稳定性好，血红蛋白不脱落。经铁氧化，氧载体放氧效率为33.1%。
4.2 功能材料上的应用
选择性氧化纤维素可用于制备生物降解、废水处理、荧光、储能、螯合剂等功能高分子材料，以及用于固定酶和测定羟丙基瓜尔胶上仲羟基取代度［18－19］。
射洪县卫生局厉成宣等［20］以高碘酸钠氧化棉织物为载体固定过氧化氢酶，固定化酶的最适温度比游离酶提高了约10℃，使用温度范围变宽。刘新喜等［21］研究了棉纤维膜上高碘酸钠法固定化脂肪酶，固定化酶最大活力7.38U／cm2。郭庆启等［22］通过环氧氯丙烷和高碘酸钠依次对纤维素进行环氧化和双醛氧化，制得环氧化双醛氧化纤维素。以环氧化双醛氧化纤维素为载体固定化β－半乳糖苷酶，与游离酶相比，β－半乳糖苷酶经过固定化后最适反应温度升高，热稳定性和耐酸碱性增强。钱军民等［23］用高碘酸钠（NaIO4）溶液将棉纤维素氧化成氧化纤维素，并将其作为载体固定化葡萄糖氧化酶，研究结果表明，纤维素固定化葡萄糖氧化酶具有较高的生物活性。 dds信号源
华南理工大学轻化工研究所叶君等［24］利用二醛纤维素和邻苯二胺反应，制备了具有荧光性能的新型纤维素材料，并考察了外界条件对其水溶液荧光性能的影响。当二醛纤维素的量增大时，体系所生成的荧光物质的浓度增加，体系的荧光强度增大，当m（二醛纤维素）∶m（邻苯二胺）＝2∶1时，体系的荧光强度达到最大。
暨南大学贺毅［25］采用高碘酸钠溶液氧化稻草纤维素得到二醛基纤维素，并用于吸附苯胺和甲醛等废水中的污染物。塔里木大学王欢［26］采用双醛纤维素和甘氨酸为原料，以对硝基苯甲醛为接枝桥梁，设计并合成新型的纤维素材料，实验结果表明这种材料有良好的生物降解性能。
4.3 纺织上的应用
高碘酸钠选择性氧化后生成二醛基纤维素，利用醛基的反应活性，可接枝壳聚糖、丝蛋白等功能高分子材料，从而赋予纤维许多新的功能和拓宽纤维的应用领域。
4.3.1 接枝壳聚糖
许云辉等［27］采用壳聚糖溶液对高碘酸钠氧化后的棉纤维进行亚胺化功能改性。壳聚糖
改性棉纤维的断裂强力及伸长率下降，初始模量增大。利用制备的壳聚糖改性棉纤维作为药物载体承载与缓释芦荟蒽醌提取物，得到了良好的控制释放药物效果。
双碱法烟气脱硫
Liu X D等［28］利用schiff碱反应合成了壳聚糖改性棉纤维，并应用于控制释放中药紫草宁。彭勇刚等［29］采用高碘酸钠对棉织物进行选择性氧化，随后用壳聚糖溶液处理，制得壳聚糖接枝氧化棉织物（CGCF）。试验探讨高碘酸钠浓度、壳聚糖用量、接枝反应温度、反应时间对CGCF活性染料染性能的影响。结果表明，采用醛基含量约为4.3mmol／g的氧化棉织物，在质量分数为1.5%壳聚糖醋酸溶液中，于75℃下反应60min，可获得理想的壳聚糖接枝氧化棉织物。与常规壳聚糖涂覆棉织物（CCCF）染性能相比，CGCF具有更高的上染率和K／S值。
4.3.2 接枝蛋白
苏州大学陈宇岳课题组以选择性氧化棉纤维为基材接枝胶原蛋白［30－32］、羊毛角蛋白［33－34］、丝素蛋白［35］、丝胶蛋白［36－37］、大豆蛋白［38］，可赋予棉纤维生理和生物活性，同时改善棉纤维的抗皱性能、吸水性能和抗紫外性能。该课题组还同时将高碘酸钠选择性氧化这一方法成功运用于亚麻纤维［39－40］、苎麻纤维［41］、竹原
纤维［42］、竹浆纤维［43］、稻秸秆纤维［44］等其它天然纤维。
4.3.3 接枝超支化聚合物
张峰等［45］采用高碘酸钠对棉纤维进行选择性氧化制得氧化棉纤维，以水溶性端氨基超支化合物（HBP－NH2）为改性剂与氧化棉纤维反应制得HBP－NH2接枝氧化棉纤维。采用活性染料对HBP－NH2接枝氧化棉织物进行染试验并测试其染性能。结果表明，HBP－NH2接枝氧化棉织物的得量显著提高，耐摩擦牢度、耐洗牢度以及匀染性能都令人满意。
赵兵等［46－48］制备了HBP－NH2接枝氧化亚麻纤维（HGLF），研究了HGLF的染性能、抗菌、抗紫外性能，与常规有盐染相比，HBP－NH2接枝氧化亚麻纤维的上染性能提高，牢度令人满意，同时具有良好的抗菌性能和紫外线屏蔽效果。
4.3.4 接枝其它化合物
郭路星等［49］采用高碘酸钠溶液将棉纤维选择性氧化成二醛纤维素，再用自制阳离子助剂WLS－10对氧化棉纤维进行处理。探讨了高碘酸钠和WLS－10助剂用量、处理时间、处
理温度等条件对染性能的影响。研究结果表明：改性棉织物采用无盐染工艺后，其上染率、固率、耐洗牢度、耐摩擦牢度等都有所提高。
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