[發(fā)明專利]一種小麥秸稈制備醋酸纖維素的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110257097.0
• 申請日: 2011-09-01
• 公開（公告）號: CN102391378A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 祝光富;黃少斌;吳文清;張瑞峰;孫立波;彭賢賓
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東上九生物降解塑料有限公司;華南理工大學
• 主分類號: C08B3/06
• 分類號: C08B3/06;C08B3/02;C08B3/28;C08B37/14;C08H7/00
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 羅曉聰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及小麥秸稈可再生資源利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在改進催化劑體系作用下小麥秸稈制備醋酸纖維素的方法。

背景技術(shù)

天然纖維素原料是地球上最豐富的可再生有機物質(zhì)。中國每年可通過光合作用可產(chǎn)生約11.45億噸的天然纖維素原料，僅農(nóng)作物秸稈、皮殼一項就高達7億多噸，其中小麥秸稈約占21％。在中國，大部分秸稈被用作燃料或在田間被直接燃燒，不但破壞了生態(tài)平衡，使土壤肥力衰竭，造成農(nóng)業(yè)上的惡性循環(huán)，而且污染環(huán)境，還存在火災隱患。

隨著人們對環(huán)境保護和可再生資源利用的重視，包括小麥秸稈在內(nèi)的農(nóng)作物秸稈資源的利用越來越受到世界各國的關(guān)注。近年來人們通過在天然纖維素分子鏈上進行接枝改性，制備人類所需要的高附加值材料，從而有效地利用了這種可再生資源并減少了其對環(huán)境的影響。

但是小麥秸稈因為組分多、結(jié)構(gòu)復雜，現(xiàn)階段對其開發(fā)和利用仍未在經(jīng)濟和技術(shù)領(lǐng)域取得突破性的發(fā)展。小麥秸稈細胞壁主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等構(gòu)成。小麥秸稈細胞壁的結(jié)構(gòu)非常緊密，在纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分子之間存在著不同的結(jié)合力。纖維素和半纖維素或木質(zhì)素分子之間的結(jié)合主要依賴于氫鍵；半纖維素和木質(zhì)素分子之間除了氫鍵以外，還存在著化學鍵的結(jié)合。因此，要想充分利用小麥秸稈資源，一個重要的關(guān)鍵技術(shù)是要對其進行預處理和活化，打破纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分子之間的結(jié)合力，降低秸稈的結(jié)晶度，從而為提高后續(xù)乙酰化反應的可及性提供可能。

醋酸纖維素目前是僅次于粘膠纖維的第二大工業(yè)纖維素品種，具有柔韌性好、透明度高、光澤度好、熔融流動性好、熱塑性強、強度高及對光穩(wěn)定、不易燃燒等特點，可廣泛應用于制造紡織品、煙用濾嘴、片基、塑料制品等領(lǐng)域。醋酸纖維素的制備先后出現(xiàn)了低溫法、高溫法、均相法和氣相酯化法等方法，目前國內(nèi)多采用低溫乙酰化和中溫水解(50～70℃)，國外多趨向于發(fā)展中、高溫乙酰化和高溫水解等新工藝。

在醋酸纖維素的制備過程中，要用到分散劑、酯化劑和催化劑。分散劑也就是稀釋劑，它的使用是為了增大反應的浴比，溶解催化劑，促使反應的進行。常用的分散劑有：冰乙酸、三氯甲烷、二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氯化碳等，其中冰乙酸比較常用，因為它除了可以作為分散劑之外，還可以起到活化纖維素的作用。乙酰化過程中采用醋酸酐作為酯化劑。催化劑則種類繁多，可以分為酸類催化劑、堿類催化劑和鹽類催化劑等。其中酸類催化劑有硫酸、鹽酸、磷酸、高氯酸、甲磺酸和對甲基苯磺酸等。歐洲專利WO9403497中，提到用甲磺酸作為催化劑。美國專利US4329446中則用對甲基苯磺酸作為纖維素乙酰化反應的催化劑。S.D.Bhattacharya則采用高氯酸作為催化劑對棉花進行乙酰化處理，也取得了比較好的效果。硫酸作為一種活性催化劑，由于效果顯著，它在乙酰化作用中被廣泛利用，但它對纖維素的降解作用也很明顯，這樣會導致生成醋酸纖維素的產(chǎn)率比較低；堿類催化劑有氫氧化鈉、氫氧化鋁等，但由于此類催化劑催化效果欠佳，實際應用比較少；鹽類的催化劑有堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫酸氫鹽、有機酸鹽等，如碳酸鈉、醋酸鈉、醋酸鈣、硫酸氫鋰、硫酸氫鈉、對甲基苯磺酸鈉、碳酸衍生物、無機磺酸化合物等。氯化鋅也可以用作乙酰化的催化劑，在工業(yè)上得到了一定的應用。歐洲專利也有使用N，N-二甲基乙酰胺作為催化劑的記載，然而在乙酰化過程中會生成胺副產(chǎn)物或氨副產(chǎn)物及N，N-二烷基胺，這些副產(chǎn)物具有毒性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種小麥秸稈制備醋酸纖維素的方法。該方法采用簡單、有效的小麥秸稈預處理方法，同時為了克服傳統(tǒng)乙酰化過程中單一催化劑的不足，在新的催化劑體系下進行乙酰化反應，從而制備出高附加值的醋酸纖維素。整個工藝流程具有較高的經(jīng)濟性和安全性，在新的催化劑體系下制得的醋酸纖維素最大程度的保持了高取代度和聚合度。