氧化纤维素的应用

概述^[1]

自从合成纤维出现后，由于其具有强度高、耐化学腐蚀、弹性好、价格低廉等优点而被广泛应用。但合成纤维难以降解，引起了严重的环境污染，纤维素的氧化是纤维素化学改性中比较关键的方法，其常常被用来赋予不同种类纤维素纤维特殊的性能。使用氧化剂对纤维素纤维进行氧化处理可以提高其附加值，是决定纤维素纤维材料物理化学性质的重要因素。含羧基的氧化纤维素纤维被广泛应用于医用材料，比如止血纱布、可吸收手术缝合线、可降解医用支架、口服药、药物载体等，这归因于氧化纤维素纤维在生理条件下可以完全降解和被吸收。另外其还在农药、废水处理、功能材料、增强材料等方面有着突出的贡献，其还是纤维素进一步接枝改性或与其他物质反应的重要中间体。

用途^[2]

本品为新型止血药，对血红蛋白有显著亲和力，遇血后，与血中的Fe³⁺结合形成胶体颗粒，封闭毛细血管末端而止血。同时氧化纤维素可激活凝血因子Ⅻ，加速血液凝固。本品有较强的吸水性，可吸收本身10倍量的水分而膨胀，填补创面空隙，起机械止血作用。本品1～6周可被完全吸收，术后不必取出。适用于外科、妇产科、脑外科、烧伤科、五官科、肛肠科等大、中、小型手术和上消化道出血。

应用^[1]

1. 医用材料

慢性肾功能衰竭是一种严重威胁人类生命健康的疾病，现在国内外主要采用肾脏移植、腹膜透析或血液透析，也有采用口服吸附剂将患者体内毒素吸附，然后与大便一起排出体外。目前采用的活性炭、包醛氧淀粉吸附能力小，且有副作用，而氧化纤维素具有高吸附能力、副作用小的特点，引起了研究者的关注。2002年用高碘酸钠氧化纤维素和碱处理后的纤维素制备二醛纤维素。

2. 废水处理材料

现代社会，随着工农业的快速发展和人类生活水平的提高，各种工业废水、农业废水和生活废水急剧增多，废水中的物质种类繁多，包含重金属离子、染料、农药、化肥等。鉴于废水成分的复杂性，废水处理日益严峻，以往简单的沉降法已经无法满足废水的处理，当代主要是采用物理、化学和生物的方法对废水进行处理，以减少污染，使水资源可以重复利用。纤维素经过改性、交联、接枝和氧化等方法处理后，可以形成阳离子、阴离子和两性离子吸附剂，可以很好的除去废水中的污染物。

3. 载体材料

纤维素可以用作载体，在纤维素中连接金属离子、药物、基因、活性基团或其他物质，可以制备得到不同的功能性材料。采用高碘酸钠氧化纤维素制备得到二醛纤维素，接着被亚氯酸钠氧化，制备得到二羧酸纤维素，再与甲醇反应制备得到二羧酸纤维素甲酯，最后与羟胺反应制备得到纤维素异羟肟酸。结果表明，纤维素异羟肟酸能够与金属离子如Co2+和Cu2+结合形成络合物，从而作为它们的载体，用于过氧化氢的催化分解。

4. 分离提纯材料

采用高碘酸钠和亚氯酸钠氧化纤维素凝胶，生成空间对称的成对羧基即二羧基纤维素，通过控制氧化的程度使得羧基官能团被引入到了球形纤维素凝胶上，研究其在pH=2.5～5.5之间对不同胺类的离子交换活性。结果表明，酸解离常数低于2.7的芳香族胺类与二羧基纤维素之间没有离子交换，当酸解离常数大于3.3时，不论是芳香族胺类，还是脂肪族胺类，均与二羧基纤维素凝胶之间有强的相互作用，作用的强弱与纤维素中引入的羧基含量有关，但是它们与流动相的pH之间不存在规则的对应关系，仅仅在pH=4的左右有的滞留因子，然而传统的二羧基纤维素凝胶在pH大于4时，存在几乎统一的滞留因子。二羧基纤维素凝胶在pH=4时的滞留因子是含有相同羧基的传统二羧基纤维素凝胶的4～5倍。

制备^[3]

制备氧化纤维素：

1)玉米芯气爆残渣：用天平称取玉米芯100g，置于2L烧杯中，加入去离子水1000ml，完全浸没玉米芯，浸泡8h后沥干水分，硫酸蒸汽爆破，气爆压力为0.9MPa，维持压力时间5min。气爆残渣80℃热水提2次，每次1h，洗涤水提残渣至中性。冻干备用。

2)纤维素的提取：称取10mg的气爆残渣，加入7.5ml2％的氢氧化钠，160℃加热2h。反应结束冷却后固液分离，固体用去离子水洗涤至中性即为所提取的纤维素。

3）TEMPO氧化：(1)称取1g纤维素溶解到100ml的沸水中，用冰块降温至8～10℃，得到纤维素溶液。(2)分别称取0.008gTEMPO(2，2，6，6-四甲基哌啶-氮-氧化物)和NaBr0.4g，少量水(约1ml)溶解，加入到纤维素溶液中，用2mol/L的NaOH调pH值至10，保持温度在25℃。(3)向反应液中加入pH为10的NaClO溶液(浓盐酸标定)，氧化开始发生，当溶液的pH开始降低时，向溶液中逐滴加入0.5mol/L的NaOH溶液，使溶液pH维持在10。如此交替加入NaClO溶液和NaOH溶液。保持温度在25℃。(4)当NaOH加入量为6.25ml时，加入2ml乙醇终止反应。5min后加入0.05gNaBH，搅拌1h。保持温度在25℃。(5)用4mol/L的盐酸将反应液pH调至3，并搅拌1h。(6)用1mol/L的NaOH将反应液pH调至7，并搅拌1h。(7)搅拌状态下加入1～1.5倍体积的乙醇，有絮状物产生，静置1h，抽滤，用乙醇洗三次沉淀，丙酮洗一次，将所得滤饼放在通风橱，使丙酮完全挥发，得到氧化纤维素。所得到的氧化纤维素呈球状，粒径为20～30nm。

主要参考资料

[1] 氧化纤维素的研究现状及发展趋势

[2] 最新全科医师用药手册

[3] CN201710266601.0氧化纤维素的制备及其在洗涤和载药方面的应用