[發明專利]一種微晶纖維素的酯化改性方法

無效

• 申請號: 201210156331.5
• 申請日: 2012-05-19
• 公開（公告）號: CN102702361A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 周江;董曉剛;蔣蔓;佟金;陳東輝;馬云海;孫霽宇;陳玉香;常志勇
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08B3/00
• 分類號: C08B3/00;C08B3/10
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明是一種對微晶纖維素的酯化改性方法，涉及用酯化劑與微晶纖維素表面的羥基反應，屬于固體材料改性方法技術領域。

背景技術

微晶纖維素(Microcrystalline?cellulose，MCC)是天然纖維素經酸水解至極限聚合度的產物，其顏色為白色或近白色，無臭、無味，顆粒大小一般約2～80μm，具有密度小、模量高、可再生、可降解、來源廣泛等優點，可以作為復合材料的增強劑改善材料的性能。但是，由于微晶纖維素表面含有大量羥基，纖維素顆粒之間很容易通過氫鍵的相互作用發生團聚，團聚后的纖維素顆粒很難用物理方法將其分散開，而且在非極性溶劑中，纖維素顆粒的分散性很差。這就使得微晶纖維素作為復合材料增強劑時，只能添加在通過水溶液制備的復合材料中，限制了其在需要有機溶劑制備的高分子復合材料中的應用。此外，親水性的微晶纖維素與疏水性高分子或非極性樹脂相容性差，如果將微晶纖維素作為增強相制備復合材料，不但微晶纖維素在基體中難于分散，而且由于微晶纖維素與基體之間的結合強度不高，界面傳遞應力的能力有限，導致其增強相的功能大幅度下降。因此，對微晶纖維素進行改性，降低微晶纖維素的親水性和極性或賦予微晶纖維素一定的疏水功能，成為拓展微晶纖維素應用范圍的重要手段。

目前，文獻中報道的微晶纖維素的改性方法大體分為兩類，一類是用反應試劑與微晶纖維素表面的羥基反應；另一類是將一些聚合物接枝到微晶纖維素表面。使用的反應試劑包括異氰酸酯、異氰酸苯酯、酸酐和脂肪酸等，用來接枝的聚合物有甲基丙烯酸甲酯、聚已內酯和聚苯乙烯等。需要指出的是，這些微晶纖維素的改性方法，絕大多數是在甲苯、四氫呋喃等毒性較大的有機溶劑中進行的，反應條件苛刻，反應路線復雜，工業化實施成本高而且難度大。因此，探索易于工業化實施的工藝方法，具有重要的應用價值。

微晶纖維素表面含有的大量羥基，為其表面改性提供了便利和可能。目前，有關用脂肪酸類酯化劑改性纖維素的文獻中，沒有直接用脂肪酸和纖維素進行反應的報道，都需要先將脂肪酸生成脂肪酸的氯化物，然后再和纖維素進行反應，或是需要加入催化劑。這不但使得反應工藝復雜，而且與脂肪酸反應的亞硫酰二氯是有毒的。本發明直接用脂肪酸和纖維素反應，不需要中間反應步驟，也不需要催化劑，通過控制反應條件來控制纖維素的酯化程度，不但工藝簡單，生產成本低，而且綠色環保。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對微晶纖維素表面酯化處理的方法。選用的酯化劑和采用的工藝方法以易于進行工業化實施為前提。本發明提供的方法可以對微晶纖維素的表面極性或親/疏水性進行調節，以便微晶纖維素在不同極性的溶劑中分散或者與不同極性的高分子材料復合制備復合材料。本發明工藝簡單，不需催化劑，生產成本低，并且綠色環保。

由于本發明只對微晶纖維素表面的羥基進行適度取代，所以可以實現在不改變微晶纖維素結晶結構的前提下，降低微晶纖維素表面極性，提高其疏水性。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：用微細化設備對微晶纖維素進行微細化處理，并與酯化劑溶液混合，通過加熱使酯化劑與微晶纖維素表面的羥基反應，在微晶纖維素表面引入疏水性基團，調節微晶纖維素的表面極性，該方法包括以下步驟：

(1)微晶纖維素的微細化處理：將微晶纖維素和水按1∶5～1∶50的質量比混合，用微細化設備進行微細化處理，得到微細化處理的微晶纖維素，微細化設備的轉速為100～10000轉/分鐘，微細化處理時間為0.5～10小時；

(2)酯化反應：將微細化處理的微晶纖維素與質量濃度為0.5～20％酯化劑溶液按1∶1～1∶15的質量比混合，在90～150℃的溫度條件下，反應0.25～8小時，完成酯化反應；

(3)洗滌干燥：用無水乙醇對完成酯化反應后的微晶纖維素進行離心洗滌，并在室溫下干燥，得到酯化改性的微晶纖維素。

所述的微晶纖維素微細化的設備為剪切乳化機、膠體磨或球磨機。

所述酯化劑為月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、花生油、葵花籽油、大豆油、玉米油、棉籽油、芝麻油、亞麻籽油、橄欖油或棕櫚油。

所述的酯化劑溶液的溶劑為乙醇或丙酮。

本發明的效果

酯化改性后的微晶纖維素表面極性降低，疏水性提高，有效地抑制了微晶纖維素因為氫鍵作用而發生的團聚現象，可以在極性極低的有機溶劑中，如二氯甲烷、甲苯和四氯化碳等，均勻穩定地分散。

具體實施方式