[發(fā)明專利]一種改性玉米秸稈的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810010880.5
• 申請(qǐng)日: 2008-04-02
• 公開（公告）號(hào): CN101550195A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉作新;苗永剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所
• 主分類號(hào): C08B11/12
• 分類號(hào): C08B11/12
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及玉米秸稈改性的方法，具體為利用化工制劑對(duì)玉米秸稈進(jìn)行化學(xué)改性的方法。

背景技術(shù)

我國(guó)作物秸稈資源豐富，作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的玉米秸稈每年產(chǎn)量達(dá)上億噸。但是，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和簡(jiǎn)單再生產(chǎn)對(duì)玉米秸稈的利用，僅僅是燒火做飯、飼養(yǎng)牲畜、蓋房、取暖和肥田等。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代加工技術(shù)發(fā)展，科學(xué)工作者對(duì)農(nóng)作物秸稈的認(rèn)識(shí)有了一個(gè)新的轉(zhuǎn)變，秸稈和籽實(shí)一樣都是重要的農(nóng)產(chǎn)品。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)雖然在相關(guān)領(lǐng)域分別開展了秸稈的開發(fā)利用，但秸稈綜合利用水平還比較低，研究與推廣脫節(jié)，大量寶貴的秸稈資源沉睡、廢棄和流失。秸稈資源的浪費(fèi)，實(shí)質(zhì)上是耕地、水資源和農(nóng)業(yè)投入的浪費(fèi)。而玉米秸稈中含有30～40％的天然纖維素，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，這些成分大部分能轉(zhuǎn)化成粗羧甲基纖維素。

羧甲基纖維素是天然纖維素經(jīng)改性得到的一種具有醚結(jié)構(gòu)的衍生物，由于酸式的水溶性較差，因而產(chǎn)品普遍制成鈉鹽，白色或微黃色絮狀纖維粉末，無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒。羧甲基纖維素的用途極為廣泛，主要用于紡織印染、肥皂、牙膏、合成洗滌劑、電子元件、橡膠、涂料、陶瓷、醫(yī)藥、食品、造紙、印刷、膠卷、農(nóng)藥、化妝品、皮革、塑料、石油鉆井和采礦等領(lǐng)域。因此，羧甲基纖維被譽(yù)為“工業(yè)的味精”。

利用農(nóng)作物秸稈為原料生產(chǎn)羧甲基纖維素是一條很有價(jià)值的秸稈利用途徑，不僅解決了環(huán)境污染，還能為農(nóng)民增加收入，促進(jìn)當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展。我國(guó)羧甲基纖維素的生產(chǎn)起步較晚，都是以國(guó)外已有的技術(shù)用棉短絨作原料，而且分布極不均衡，大都分布在東南沿海城市，對(duì)于內(nèi)陸如河南、四川、遼寧等農(nóng)業(yè)大省還沒(méi)有這樣的生產(chǎn)廠家。由于原料的限制，這些廠家的生產(chǎn)能力大都受到限制，擴(kuò)大規(guī)模困難很大。這遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)各行業(yè)的需求，而我國(guó)羧甲基纖維素需要大量進(jìn)口，同時(shí)又大量浪費(fèi)可用資源。

為此，如果我們將大量的玉米秸稈纖維轉(zhuǎn)化成羧甲基纖維素，不僅可以解決作物秸稈的利用問(wèn)題，而且可以拓展羧甲基纖維素的來(lái)源和渠道，利于環(huán)境治理和資源循環(huán)利用。當(dāng)前，作物秸稈改性制備粗羧甲基纖維素技術(shù)還不夠完備，我們必須尋找適合我國(guó)CMC制造的新工藝來(lái)滿足它們。按常規(guī)方法制造羧甲基纖維素，由于大量的堿的存在，再加上氯乙酸鈉對(duì)纖維素的親合力遠(yuǎn)小于堿對(duì)纖維素的親合力，所以氯乙酸無(wú)法均勻滲透到纖維素內(nèi)部。于是造成副反應(yīng)很大，透明度差、鹽粘比小、耐腐敗性差等現(xiàn)象。在本發(fā)明中，是在含水乙醇中，實(shí)質(zhì)上是以氯乙酸鈉形式存在的醚化劑與纖維素原料均勻混合后，再把必要的氫氧化鈉添加到醚化反應(yīng)物里去，讓其生成堿纖維素，同時(shí)也進(jìn)行醚化反應(yīng)。這時(shí)，秸稈粉末中的天然纖維素變成堿纖維素，同時(shí)被氯乙酸醚化，而消耗氫氧化鈉，所以纖維素原料的裂解和醚化劑的分解都受到了抑制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能夠簡(jiǎn)化合成工藝，降低生產(chǎn)成本的改性玉米秸稈的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

改性玉米秸稈的制備方法：

1)玉米秸稈粉末制取：將干燥的新鮮玉米秸稈經(jīng)去離子水沖洗后，剪成2～3厘米碎塊，置于烘箱烘干，將烘干后玉米秸稈粉碎到60～100目，待用；

2)將步驟1)100～200克的玉米秸稈粉末與800～1000毫升氫氧化鈉溶液在70～90℃下攪拌4～6小時(shí)，而后經(jīng)100～140目絲網(wǎng)過(guò)濾，濾渣用去離子水洗，待用；

3)步驟2)過(guò)濾后濾渣中加入50～100毫升氫氧化鈉溶液和20～50毫升乙醇溶液在20～40℃下反應(yīng)30～60分鐘，反應(yīng)后的混合液待用；

4)將步驟3)中混合液內(nèi)加入50～100毫升乙醇溶液和30～50毫升氯乙酸溶液，在70～90℃下，反應(yīng)1～2小時(shí)，而后再加入20～50毫升氫氧化鈉溶液和30～50毫升乙醇溶液，混合液在70～90℃下維持60～100分鐘冷卻后用鹽酸溶液滴定到中性，再經(jīng)120～160目絲網(wǎng)過(guò)濾，用乙醇溶液沖洗，所得濾渣即為改性玉米秸稈。

所述氫氧化鈉溶液濃度為10～30％；所述乙醇溶液濃度為50～90％；所述氯乙酸溶液濃度為5～20％；所述鹽酸溶液濃度為6～20％。所述步驟2)和4)中洗滌過(guò)程均為反復(fù)沖洗3～5次。步驟1)采用70～90℃烘箱烘干。所述步驟2)和4)中絲網(wǎng)為聚氯乙烯絲網(wǎng)。

本發(fā)明的機(jī)理是：玉米秸稈中含有30～40％的天然纖維素，還有半纖維素和木質(zhì)素。其中的纖維素和部分半纖維素在濃堿的作用下羥基上的氫原子被Na離子取代，生成堿性纖維素，破壞了天然纖維素排列緊密的晶體結(jié)構(gòu)，形成分散的堿纖維素；堿纖維素在氯乙酸的作用下生成羧甲基纖維素和氯化鈉溶液。化學(xué)分子式表示如下：