[發(fā)明專利]一種改性半纖維素及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310391060.6
• 申請(qǐng)日: 2013-08-30
• 公開（公告）號(hào): CN103467626A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海明;周景輝;郭延柱;陳小紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08B37/14
• 分類號(hào): C08B37/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改性半纖維素及其制備方法，特別是涉及改性木聚糖類半纖維素及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著世界范圍內(nèi)石油和煤炭等不可再生資源的急劇減少及其大量使用而導(dǎo)致的一系列日益突出的環(huán)境問題如溫室效應(yīng)、酸雨等，利用可再生資源開發(fā)新能源、可降解材料替代石油材料已成為研究熱點(diǎn)。農(nóng)林植物資源的轉(zhuǎn)化是可再生資源開發(fā)的一個(gè)重要分枝。

農(nóng)林植物纖維原料資源中主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木素，其中纖維素含量位居第一位，木素和半纖維素次之。對(duì)農(nóng)林廢棄物中半纖維素的研究已成為研究熱點(diǎn)。半纖維素具有獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，比如具有分枝和無定形組成的不同類型的單糖（雜多糖）以及具有不同類型的官能團(tuán)（例如羥基、乙酰基、羧基、甲氧基等）。與纖維素和淀粉相比，由于這些不同類型的聚糖具有不同的官能團(tuán)，在具備較活潑和復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)行為的同時(shí)也使其利用受到了限制。但這些限制能夠通過改性來克服，比如通過部分水解、氧化、還原、醚化或酯化及交聯(lián)反應(yīng)使其具備更好的應(yīng)用特性。為此新型半纖維素的制備將大大推進(jìn)半纖維素在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境將會(huì)有重大的影響。

在造紙工業(yè)中，隨著纖維原料的改變和更多功能化學(xué)藥品的添加，造紙?bào)w系中會(huì)引人大量新的干擾物質(zhì)和有害物質(zhì)，使?jié)癫扛蓴_性物質(zhì)復(fù)雜化，干擾物包括紙機(jī)濕部所有溶解的陰離子聚合物低聚物或高聚物和膠體的陰離子物質(zhì)，通常被人們稱為陰離子垃圾。這些陰離子垃圾是親水性的，帶有較高電荷和較高分子質(zhì)量的陰離子物質(zhì)，它們會(huì)和造紙濕部的陽(yáng)離子助劑發(fā)生反應(yīng)，大大削弱了其助劑本身的效果，嚴(yán)重影響成紙質(zhì)量和紙機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有高陽(yáng)離子電荷密度的改性半纖維素作為陰離子垃圾捕集劑，以保證陽(yáng)離子助劑的效果。本發(fā)明的目的還在于提供一種制備該改性半纖維素的方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種制備改性半纖維素的方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）半纖維素的預(yù)處理：將1質(zhì)量份的半纖維素置于三口燒瓶中，在10-60質(zhì)量份的30-80℃去離子水中預(yù)熱解20-60min，然后冷卻到室溫（未經(jīng)該預(yù)處理的半纖維素很難直接和改性劑反應(yīng)）；

（2）半纖維素的堿化：加入半纖維素質(zhì)量5-30%的NaOH，堿化10-60min；

（3）改性產(chǎn)品的制備：加入無水乙醇（用于保護(hù)半纖維素在反應(yīng)過程中過度分解），其用量為：無水乙醇與步驟（1）中使用的去離子水的體積比=10-100：10-60，將體系升溫至30-90℃，加入改性劑a：季銨鹽類物質(zhì)1-20質(zhì)量份和改性劑b：酰胺類物質(zhì)1-20質(zhì)量份，并補(bǔ)充5-20質(zhì)量份的去離子水，使反應(yīng)體系中醇水體積比為1～8：1，反應(yīng)1-9h后，冷卻至室溫；

（4）改性產(chǎn)品的處理：用鹽酸調(diào)節(jié)至pH值5～6，沉淀，洗滌，抽濾后干燥。

其中，半纖維素優(yōu)選木聚糖類半纖維素。

步驟（1）-（3）優(yōu)選均在攪拌條件下進(jìn)行，攪拌速度優(yōu)選10-500r/min。

本發(fā)明的改性半纖維素是通過上述方法得到的改性半纖維素。

本發(fā)明的原理：半纖維素中有很多羥基，這些羥基可與改性劑發(fā)生反應(yīng)，從而生成新的改性產(chǎn)物。以木聚糖半纖維素為例，其反應(yīng)過程如下所示（R為源自改性劑的基團(tuán)）：

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）目前還未有將半纖維素與季銨鹽類和酰胺類物質(zhì)同時(shí)發(fā)生反應(yīng)而制備的產(chǎn)品。隨著石油煤炭資源的過度消耗和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，對(duì)可降解材料的制備和利用已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)，而半纖維素作為生物質(zhì)含量位居第二的資源，對(duì)其的利用將會(huì)產(chǎn)生重大的影響。但是半纖維素本身結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，很難直接利用，本方法的發(fā)明對(duì)半纖維素進(jìn)行改性，得到的產(chǎn)品具有半纖維素本身所不具有的特性，大大增加了其在工業(yè)生產(chǎn)中利用的可能性。

（2）本方法的發(fā)明操作簡(jiǎn)單，不需要特殊的儀器設(shè)備，一般的水浴鍋和烘干箱均可用于本法。

（3）所制備產(chǎn)品的取代度可達(dá)0.4，在100℃以內(nèi)熱穩(wěn)定性很好，分解率小于3%，Zeta電位和電荷密度最高分別達(dá)到35.8mv和0.881mmol/g。與未經(jīng)改性的半纖維素相比，其Zeta電位和電荷密度顯著改變，大大增加了其在工業(yè)生產(chǎn)中利用的可能性，例如可作為陰離子垃圾捕集劑應(yīng)用于造紙工業(yè)中。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。

實(shí)施例1-1～1-6