[發明專利]一種通過轉酯化制備酯化納米纖維素的方法

在審

• 申請號: 201710436196.2
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107417797A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 盧貝麗;江欣;林鳳采;盧麒麟;黃彪;陳學榕
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: C08B5/00
• 分類號: C08B5/00;C08B5/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊,林捷

技術領域

本發明屬于納米纖維素制備技術領域，具體涉及一種通過轉酯化制備酯化納米纖維素的方法。

背景技術

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種可再生多糖資源，纖維素功能化產品在復合材料、化工、新能源等領域已被廣泛運用。納米纖維素與天然纖維素及微晶纖維素相比，具有許多優良性能，如高結晶度、高強度、高透明性、較大的比表面積，這些優異的性能使納米纖維素在醫藥、化工、造紙、紡織及復合材料等領域具有廣闊的應用前景。轉酯化制備酯化納米纖維素既有酯化纖維素優良特性，又有納米尺度效應，因此表現出高結晶度、高透光率、良好的尺寸穩定性和生物可降解等特性，在涂料的添加劑、改性樹脂及主要的成膜劑等方面也起到了很好的效果，特別對現代藥物輸送技術的發展起到了至關重要的作用，以及塑料、薄膜、纖維等領域具有廣泛的應用。

到目前為止，已經成功地合成了各種纖維素酯（CE），如無機纖維素酯，有機纖維素酯和纖維素混合酯，乙酸纖維素（CA），醋酸纖維素丙酸酯（CAP）和醋酸丁酸纖維素（CAB）是最常用的纖維素衍生物，這幾十年來已經投入商業化處理。

當前的酯化纖維素的合成方法是首先在強酸條件下從紙漿等植物資源制備納米纖維素，該過程的處理過程中會產生大量的廢酸、廢水等污染物，對環境產生較大影響；經過純化后的納米纖維素再與酯化試劑反應從而得到酯化納米纖維素。由此可見，傳統的酯化納米纖維素的制備通常需要兩步，且制備過程中常會產生大量的廢酸、廢水等污染物。如果能從紙漿出發，通過一鍋法的策略直接合成酯化納米纖維素，將大大減少生產過程中的污染物排放，降低能耗，具有較高的經濟和社會效益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種通過轉酯化制備酯化納米纖維素的方法。該方法無需外加催化劑，可高效、高選擇性、環境友好地制得酯化納米纖維素；反應步驟簡單、耗時短，生產效率高。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

所述一種通過轉酯化制備酯化納米纖維素的方法，包括以下步驟：

（1）將纖維素原料加入到酸溶液中，在一定溫度下利用超聲攪拌進行反應；

（2）加入有機溶劑離心數次后，用有機溶劑置換酸溶液，加入酯化試劑，在一定溫度下進行反應；

（3）將步驟（2）中得到的混合液用去離子水離心數次，洗去溶液中未反應的試劑，至溶液為中性，收集得到酯化納米纖維素，真空冷凍干燥測定其得率及酯化度，保存。

步驟（1）中所述的纖維素原料為竹漿、木漿、草漿、紙漿、棉漿中的任意一種，酸為鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸中的一種，酸的質量濃度為30wt%-65wt%，超聲處理時間為3 h，超聲溫度為60℃。

步驟（2）中所述的有機溶劑為二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種，酯化試劑為乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、丙酸乙烯酯中的一種，加入量為4-20mL，離心次數為1-5次，油浴溫度為80-120℃，油浴處理時間為1-5h。

本發明的顯著優點在于：

目前，酯化納米纖維素的制備工藝步驟主要包括：納米纖維素的收集、干燥、再分散、納米纖維素改性、洗脫未反應試劑、干燥。其反應過程步驟繁瑣、耗時大、樣品得率低，且干燥后的納米纖維素難于均勻再分散于溶劑中，因此影響納米纖維素改性修飾。而本發明在酸性條件下，利用超聲處理，在制備納米纖維素后不對其進行分離純化及再分散，直接通過制備納米纖維素剩余的少量酸作為催化劑，催化其轉酯化反應，一鍋法制備出酯化納米纖維素，步驟簡單、耗時短、得率高；并且通過改變酯化試劑，可以方便地制備多種酯化納米纖維素，且反應的副產物小分子醛可以直接揮發除去，為今后高效、綠色功能化修飾納米纖維素提供新路徑。

具體實施方式

為進一步公開而不是限制本發明，以下結合實例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明用下列實施例來進一步說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于下列實例。

實施例1

稱取3g草漿纖維，加入到30 wt %的鹽酸溶液150mL中超聲攪拌5小時后，用二甲亞砜（DMSO）離心洗滌3次后，加入60mL二甲亞砜（DMSO）及10mL丙酸乙烯酯，120℃反應3h。反應完成后，將此混合液在9000 r/min下用去離子水反復離心脫液，最后離心（5000 r/min）收集到的酯化納米纖維素，并于-54℃真空冷凍干燥，得到樣品。

實施例2