紫外线接枝，无需使用有机溶剂的纳米纤维素表面改性
摘要
聚合物接枝为纤维素纳米纤维(CNFs)提供了新的特性。然而，在聚合物接枝的过程中，通常使用大量的有机溶剂是不环保的。我们用紫外线(UV) 照射CNFs的水悬浮液，使其表面产生自由基，引发聚合物接枝。得到了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)很容易从CNFs上接枝而不破坏纤维素的结晶区的结果。PMMA接枝的CNFs在水中具有独特的纳米纤维-纳米颗粒的结构，在有机溶剂中表现出良好的疏水性和再分散性。与PMMA一样，其他各种聚合物也可以不使用有机溶剂从CNFs上接枝而来。我们认为，这种被称为UV接枝的技术可能为生产具有新特性的CNF材料提供一种更环保的方法。
关键词：聚合物接枝为纤维素纳米纤维，紫外线接枝，环保
正文
纤维素是最丰富、最重要的可再生资源之一。在纳米尺度上，纤维素主要以微纤维的形式存在于植物细胞壁中。纤维素纳米纤维(CNFs)是由植物细胞壁中分离得到的纤维素微纤维和少量半纤维素组成，受到广泛关注。 CNFs的低密度、高比表面积、低热膨胀系数和优异的机械性能，使纤维素材料在储能、催化、(生物)传感等领域得到了广泛的应用。在许多情况下，必须对原始CNFs进行改性，使其在亲水性和疏水性之间达到平衡。改性方法有引入官能团、脱水、和再分散。在CNFs表面接枝聚合物是一种特别有效的方法来引发CNFs与其他材料的结合与相容。采用表面引发的原子转移自由基聚合(SI-ATRP)和硝酸铈铵自由基聚合(CAN)两种方法将乙烯基聚合物接枝到CNFs表面。大多数用于未来应用的CNFs聚合物接枝，如纳米复合材料和污染物吸附，都是在CNFs悬浮液中进行的;悬浮液的浓度一般小于0.2%，以避免长而杂乱的纳米纤维产生高粘度。因此，大量的有机溶剂被用于预处理、聚合或提纯，这对环境是不友好的。因此，需要一种既简单又环保的新型聚合物接枝方法。
20世纪70年代，在中性水环境并且没有外部引发剂的条件下，紫外线(UV)照射在棉纤维织物表面产生自由基引发接枝聚合。这种方法叫做紫外线接枝。随后，在来自黄杨树的天然纤维素、纤维素衍生物和木质纤维素纤维中应用了紫外线嫁接。除了简单的预处理和纯化外，可以忽略均聚物的形成通过选取合适的波长。此外，紫外线照射可以暂时控制光化学反应。CNFs比棉织物具有更高的比表面积，半纤维素的光化学性质与纤维素相似。因此，UV接枝有望成为从CNFs表面接枝聚合物的有效方法。在目前的研究中，我们尝试在水溶液条件下利用紫外线在CNFs上生成自由基，目标是在不使用有机溶液的条件下在CNFs上接枝聚合物。我们提出了在CNFs接枝聚合物的新特性，找到了不同乙烯基单体通过UV照射接枝的通用性。据我们所知，这是首次在不使用有机溶剂条件下使用UV照射接枝共价接枝聚合物。
UV接枝的简单过程如图1所示。我们将CNF水悬浮液和单体置于Schlenk管中。接下来是通入氮气进行的非严格脱氧过程。我们再用恒温的365毫米的最大波长紫外灯照射同时以一定速度进行搅动。接枝度(DG)定义为接枝聚合物与CNFs的重量比，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) -CNF接枝共聚物命名为CNF-g-PMMAn，其中n为DG。
图 1使用UV光照在CNF表面接枝PMMA
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