技术与应用
一种溶解纤维素的创新路线——打开纤维素产业化应用新窗口
普渡大学（Pordue University）的学者Xu Qin女士所在的团队发明了一种低成本溶解纤维素的新方法。相比于传统路线Xu Qin女士的方法非常容易，溶剂可回收、成本低廉，因此非常适合进行商业化规模生产。
纤维素是自然界最为丰富的可再生资源，且具有生物降解性。纤维素的生物相容性、生物可降解性以及低毒特征都使它成为石油产品的理想替代材料之一。但是由于纤维素分子间及分子内强烈的氢键作用，以及纤维素聚集态结构复杂、高结晶度等因素使纤维素在水与其他常规有机和无机溶剂中很难溶解，这种不溶解性很大程度上限制了纤维素的应用。
每年全世界纤维素产品的产量在7000亿吨，而在纤维素精细化利用发展较早的欧洲每年通过利用化学浆制得的纤维素衍生物与再生纤维素产品加起来也不过200万吨。而根据美国化学理事会的数据全球石油化工的市场在4万亿美元，其中商业化聚合物的市场在600亿美元，而在这600亿中只有10%左右使用了绿色化学，所以说纤维素的精细化利用的空间非常巨大。
溶解纤维素从技术上来讲并非遥不可即，目前已有多种溶剂体系可以用来溶解纤维素，甚至NaOH溶液在一定条件下也可以有选择的溶解纤维素。但是这些方法都存在如毒性、引起环境问题、复杂的预处理、溶解过程存在副作用、效率低下、稳定性差、无法回收、高能耗、高成本等这样那样的问题不利于规模化生产。
Photosource：Sciencedirect
针对这个问题 Xu Qin 女士的团队对使用无机盐溶剂系统溶解纤维素的可行性进行了系统性探索。无机盐溶剂系统具有使用简单、容易回收、无毒、环境友好且价格便宜的优点。Xu Qin 女士将她的最新研究结果发表在最新一期的carbohydrate Polymer上，论文的题目为“A facile route to prepare cellulose-based films”，该论文的主要结论如下：
- Zn2 +离子可以破坏或者减弱O3H…O5的氢键结合，从而溶解纤维素。
- Ca2+离子的存在可以促进Zn—纤维素的交联与凝胶化，并可制成结实稳定的透明薄膜。
以下是Xu在论文中列出的溶解纤维素的方法：
将0.8g浓为3%微晶纤维素加入到1.6ml蒸馏水中，在另一个烧杯中制备6ml浓度为68%的ZnCl2溶液并在65oC的条件下平衡大约10分钟，最后将平衡后的ZnCl2溶液加入到前面的微晶纤维素浆料中充分搅拌30分钟。
Zncl2是一种普通无机溶剂，价格相对低廉，而且可以回收再用，研究中指出该方法制得的这种可降解的新型基于纤维素柔性薄膜具有潜力应用于食品包装，绷带、药物胶囊、生物活性物质以及农业薄膜。文章中没有提及这种方法制备的纤维素溶液的稳定性及与其他材料的相容性等问题。但是无论怎样一种高效、低成本的溶剂系统无疑可以打开纤维素的产业化应用的新窗口，通过这个窗口可以探索纤维素在更多领域的产业化应用，使我们对纤维素的利用达到一个更高的层次，比如涂料与油漆中的流变改性、复合材料与聚合物的增强、纸张涂布与特种纸、化妆品、柔性电子基材等等。
图片来源:Purdue University, press release, 2016-06-07
Xu的研究结果发表在最新一期的carbohydrate Polymer上，并且跟普渡大学技术产业化办公室签署了技术公开协议。该篇文章可以在Sciencedirect上获得，链接如下 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486171630491X。
参考文献
1.American Chemistry Council
2.ecochemex.com
3.Industrial Material Use of Biomass,Nova Insititute
4.Afacile route to prepare cellulose-based films ,Carbohydrate Polymers 149 (2016)274–281
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