[發明專利]一種纖維素高級脂肪酸酯及其制備方法

有效

• 申請號: 201310320367.7
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103435702A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 黃祖強;張燕娟;胡華宇;劉小萍;陳燕萌;甘濤;覃杏珍;黃愛民;馮振飛;楊梅;覃宇奔
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C08B3/16
• 分類號: C08B3/16;C08B3/10
• 代理公司: 廣西南寧匯博專利代理有限公司 45114
• 代理人: 鄧曉安

技術領域

????本發明屬于纖維素改性領域，具體地說是一種纖維素高脂肪酸酯及其制備方法。

背景技術

纖維素是自然界中最豐富、可以再生的天然資源，具有價廉、可降解、對環境不產生污染等特點，因此世界各國都十分重視對纖維素作為生物基材料的研究與開發。然而纖維素的羥基在分子內或分子間形成氫鍵，具有很高的結晶度，高溫下分解而不熔融，沒有熱塑性，缺乏像“塑料”受熱可以軟化、熔融的特性，不能像金屬和塑料一樣通過加熱和加壓的方式加工成型的缺點，且與合成高聚物不相容，難以成為生物基材料，必須對其進行熱塑性改性。纖維素酯化是其中的一種重要的纖維素熱塑性改性方法，通過纖維素中的羥基和有機酸、酸酐等反應，使羥基上的氫被親核基團或親核化合物取代生成相應的纖維素酯，從而改善纖維素的熱塑性。

纖維素酯分為短鏈和長鏈纖維素酯。短鏈纖維素酯是天然纖維素與短鏈(C₆?以下)?脂肪酸發生酯化反應的產物，目前短鏈纖維素酯或混合酯，如纖維素乙酸酯、纖維素乙酸丙酸酯、纖維素乙酸丁酸酯等已得到了廣泛應用，但現有商品化的短鏈纖維素酯類熱塑性材料在熱融溫度和分解溫度之間只有較小的溫度間隔，因而還是存在要使用增塑劑來加寬其加工溫度的缺點。纖維素高級脂肪酸酯（長鏈纖維素酯）是天然纖維素與長鏈(C₆?以上)?脂肪酸發生酯化反應的產物，高級脂肪酸纖維素酯由于較長酯基鏈的引入，減弱了纖維素分子間的次價鍵（即范德華力），增加纖維素分子鍵的移動性，降低了分子鏈的結晶性，增大了纖維素分子間的距離（自由體積），而形成一定的空間，且其鏈結構變得不規則，內聚力減弱。另外，高級脂肪酸的烷基長鏈也具有一定的增塑作用，這樣就改善了纖維素高級脂肪酸酯類衍生物的可塑性和加工流動性。因此長鏈與短鏈纖維素酯相比具有如下優點：加工溫度低，沖擊強度大，在非極性溶劑中溶解性能優良，與疏水性聚合物有很大相容性，且在不需要添加增塑劑的情況下即能模塑成型，從而可用塑料加工成型的方法單獨或與合成高聚物共混熱壓加工成型制造出許多新產品。同時由于纖維素材料本身優良的可降解性和長鏈脂肪酸酯鍵的酶可依附性，有利于消除廢棄用品對環境的污染。此外，由于高級脂肪酸纖維素酯具有良好的生物相容性，作為生物醫用聚合物材料具有潛在的應用價值及在作為涂料增稠劑方面也顯示出極大的應用潛力。因此纖維素高級脂肪酸酯作為生物基材料方面具有廣闊的應用前景

目前纖維素長鏈酯化方法分兩類，一類為包括必須在有機溶劑或離子液體中進行的多相反應、均相反應，另一類是固-固相反應。由于多相反應與均相反應需要大量的溶劑，存在溶劑回收、污染環境、催化劑殘留、工藝復雜和成本較高等問題。而固相反應具有不使用溶劑，具有高選擇性、高產率、工藝過程簡單和不污染環境、節約溶媒、減少能耗和無爆燃性等優點，是一種較理想的合成方法，已成為發展綠色化學與技術的新途徑和開發制備綠色材料和產品的重要手段。由于固相反應與液相反應其本質上有很大不同，溶液中的反應因為溶劑的存在，可以保證物料混合均勻，熱量交換穩定。在固相反應中，反應是固體與固體接觸，物料之間的混合與接觸不充分，物料間的能量交換受到限制。因此尋找一種合適的方法在低熱條件下即可使反應物分子獲得反應和加速擴散所需的能量，更好地改善了酯化試劑與纖維素大分子接觸狀態和反應性，提高反應速度是實現纖維素固相酯化的關鍵問題。

高分子材料科學與工程2002年第18卷第4期，宋毅等介紹了共反應劑合成法制備合成纖維素高級脂肪酸酯，利用共反應劑乙酸酐、酯化劑月桂酸、催化劑硫酸作用于纖維素，合成纖維素高級脂肪酸酯，經過核磁共振氫譜檢測，纖維素酯化程度最高達1.66。但該方法制備過程需要高溫110℃下進行反應，且總反應時間長達3小時，由于反應過程用到硫酸，加大了后期的洗滌干燥工作量。

發明內容

本發明的目的是克服現有纖維素高級脂肪酸酯存在酯化度低、反應時間長、固相反應不完全、后期篩分洗滌繁瑣等問題，提供一種纖維素高級脂肪酸酯及其制備方法。

本發明的方案是通過這樣實現的：一種纖維素高級脂肪酸酯，制備該纖維素高級脂肪酸酯的原料包括纖維素、酯化劑、共反應劑，其特征在于，該纖維素高級脂肪酸酯各原料按照纖維素、酯化劑、共反應劑的重量比為100g:50g-300g:100g-600g，經過先將酯化劑和共反應劑進行預反應得到預反應劑，再將預反應劑與纖維素發生酯化反應制備得到。