江 蓉，方红霞
（黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041）
摘 要：以竹炭纤维和丙烯酸为主要原料，采用溶液聚合的方法成功合成纤维素接枝丙烯酸共聚物，通过正交试验设计，确定了该合成反应的最优反应条件.
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关键词 ：纤维素；接枝；丙烯酸
中图分类号：TQ352.72文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）07-0211-02
1 引言
纤维素是大自然生物体内存在的一种分子量特别高的化合物，为一种可持续发展的资源[1].如果对纤维素进行接枝共聚赋予纤维以新的功能（如耐磨性、亲水性、抗静电性、抗菌性、弹性、染色性、阻燃性和耐热性等）研究出具有高技术含量的特殊功能新材料，具有一定的实用意义.[2-5]
本文以过氧化氢为引发剂，成功引发丙烯酸接枝纤维素.探究了反应温度、反应时间、引发剂浓度、预处理温度等因素对反应的影响.
2 实验部分
2.1 主要试剂
试剂：竹粉（100目），双氧水，丙烯酸，氢氧化钠，硫酸亚铁，高锰酸钾，均为分析纯.
2.2 实验方法
为了更好地优化、选择实验条件，进行正交实验.因此选择了几个重要因素如下：
2.4.1 竹纤维的处理
称取一定量竹粉置于30％双氧水溶液中浸泡处理0.5h.
2.4.2 竹纤维接枝共聚物的合成
在烧杯中竹粉置于30％双氧水溶液溶液中预处理半小时至充分溶胀取出，抽滤溶液后，放入四口烧瓶中加入少量的水，在机械搅拌下加入定量的丙烯酸，在一定的温度下进行聚合反应.体系爬杆后，停止搅拌，待反应到预定的时间下取出物料.
2.4.3 接枝物的纯化
本实验将粗产物用氢氧化钠水溶液中和至预定PH值，趁热抽滤，抽滤的滤液为沸水均聚物物和未参加反应的竹纤维素以及其他物质小分子等，把滤饼放入恒温箱中在70℃下干燥至恒重，得到纯净的竹纤维接枝产物，产物为淡黄色丝状物[15].
3 结果与讨论
3.1 正交实验结果：
由表3-1可见因素显著性顺序为B-C-D-A，优水平组合为A1B3C4D4.
3.1.1 预处理温度对接枝率和接枝效率的影响
过氧化氢是一类强氧化剂，由于它的的氧化性受到温度的影响，实验采用30%过氧化氢对竹纤维进行提前处理，主要使纤维素在30%过氧化氢和纤维素的混合体系中发生溶胀，并且在整个处理过程中过氧化氢和纤维素形成氧化还原体系，使得体系中产生大量自由基，因此，采用加热预处理来引发接枝聚合可大大提高丙烯酸与竹纤维的接枝率和接枝效率.当过氧化氢处于作为氧化剂氧化的最佳温度100℃时.过氧化氢的氧化活性最大，纤维素的溶胀程度变大，从而产生的自由基增多.RO·的活化中心的活性变大，聚合产物接枝率和聚合产物的单体接枝效率也可能变大.
3.1.2 聚合温度对反应的影响
在化学反应中，温度是对反应速率和产物结构有影响的重要因素.当反应发生时随着温度的上升，接枝率和单体接枝效率明显增大.这是由于温度提高产生的游离自由基浓度就越大，与单体接枝反应量就越多.但温度继续上升，接枝率和接枝效率反而降低，这是由于温度升高，使得引发各个反应的活化能增大，温度上升，反应速率增大，单体转化率增大.但是聚合反应的接枝率和接枝效率反而降低.
3.1.3 引发体系中氧化剂的量对反应的影响
当其他因素保持不变时，在一定范围内随着双氧水的量增加，接枝率和单体接枝效率都会上升，那是因为增大双氧水的量，等同的竹纤维量的条件下，双氧水与纤维素作用越充分，产生的过氧酸分子就越多，从而分解的纤维素大分子链自由基和氢氧自由基就越多，形成的活化中心就越多，与丙烯酸单体接枝分子就越多，因此接枝率和接枝效率就越高.当双氧水过量时，生成的氢氧自由基越多，引发均聚反应，产生的副反应自由基越大，发生终止反应速率增大，单体接枝效率降低.
3.1.4 聚合时间对反应的影响
实验保持其他因素不变的情况下，丙烯酸与纤维素的接枝率和接枝效率随着时间的增加而迅速增大.由于纤维素经双氧水预处理反应，刚开始产生大量自由基，短时间内迅速发生聚合反应.接枝率和单体接枝效率迅速变大.但随着反应的进行，纤维素大分子自由基浓度迅速降低，丙烯酸单体迅速减少.因此当时间到达一定后，时间的增加，接枝率和接枝效率的增加趋势也趋向于平缓，时间继续增加，接枝率和接枝效率基本保持不变，基于从产物性能和经济的原则考虑，本实验最佳反应时间为3h.
3.2 在引发剂中加入亚铁离子对反应体系的影响
查表得过氧化氢引发体系为活化能为217.7/kJ.mol-1.过氧化氢与氯化亚铁体系引发体系活化能为50.7/kJ.mol-1.且由下表的数据和正交试验表对照可以看出当微量亚铁离子加入到双氧水形成的氧化还原体系中，能很大程度的降低反应体系的活化能，所以在反应中加入亚铁离子，形成亚铁离子双氧水氧化还原体系，使体系中的纤维素大分子链自由基与氢氧自由基活性点明显降低，从而丙烯酸单体更容易发生聚合反应，所以反应体系的接枝率和接枝效率明显提高.
4 结论
（1）用过氧化氢作为引发剂能够有效引发竹纤维与丙烯酸的接枝共聚反应，且得到最优化条件为：纤维素与丙烯酸的质量比为1：3，室温预处理时间4h，加热温度为60℃.
（2）相同条件下，加入亚铁离子可以明显提高接枝率和接枝效率.
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参考文献：
（1）张兴英，赵京波.高分子化学[M]．北京：化学工业出版社，2006.256-258.
（2）苏茂尧，丁新颖.纤维素经铈离子引发丙烯酸接枝共聚机理研究[J].华南理工大学学报（自然科学版），1994（06）：119-125.
（3）王溪溪，孙金余，任文等.竹纤维与丙烯酸接枝共聚反应的研究[J].长江大学学报（自科版），2006，（3）：46-48.
（4）宋荣钊，陈玉放，潘松汉，等.超细纤维素与丙烯酸接枝共聚反应规律的研究[J].纤维素科学与技术，2001（4）：11-20.
（5）孙琳，路乃群，王存国.K2S2O8/Na2S2O3引发淀粉与丙烯酸接枝产物吸水性能的主要影响因素[J].化工科技，2008，16（1）：8-11.