一种乙酰基丁酰基纤维素的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子化学技术领域，具体涉及一种乙酰基丁酰基纤维素的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的进步，合成高分子材料在日常生活中的使用量越来越多，由于它们的不可生物降解性或降解需要很长的时间，给人类赖以生存的自然环境造成了不可忽视的负面影响，人们迫切需要寻找新的高分子材料。天然高分子材料具有可再生特点，对它的开发和应用逐渐成为科研和生产热点。纤维素的亲水性导致它们与亲油性的树脂不相容，降低了复合材料的机械性能。因此，对纤维素的改性显得尤为重要，乙酰基丁酰基纤维素是其中的一种。
[0003]乙酰基丁酰基纤维素是纤维素分子中羟基被乙酰基和丁酰基酯化所生成的一种改性纤维素，具有优良抗湿、耐紫外光、耐寒、柔韧、透明、电绝缘等性能，并能与合成树脂和高沸点增塑剂有较好的相容性，可用于制作高透明度、耐候性好的塑料片基、薄膜和各种涂料的流平剂、成膜物质等。如制电影片基、空中摄影片基、薄膜、油田天然气等输送管道、工具手柄、汽车、飞机的玻璃灯、地下电话线和电缆管、方向盘、标牌面、闪光反射器等，此外还能做可剥涂料、绝缘漆、耐候高档漆和人造纤维。乙酰基丁酰基纤维素有很多种类，包括不同的丁酰基、乙酰基和羟基含量，不同的产品粘度等；因此，它们的性能差异很大。乙酰基丁酰基纤维素与许多树脂相容，也溶于多种增塑剂中，适用于许多涂料，其中包括木器漆、汽车面漆、橡胶和塑料涂料、织物涂料、玻璃涂料、柔性板、凹版、丝网印刷油墨、热熔胶和粘合剂。乙酰基丁酰基纤维素对紫外光稳定，不与染料、荧光颜料或金属颜料反应。
[0004]国内研发的乙酰基丁酰基纤维素中，丁酰基的含量低且不稳定、对原料消耗大、成本高、反应时间长、反应温度高、可控性差，且反应产生的废料多，不易回收，不符合绿色化学的理念，难以实现工业化。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种具有高丁酰基含量的乙酰基丁酰基纤维素的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种乙酰基丁酰基纤维素的制备方法，包括以下步骤:
(1)将纤维素置于耐酸容器，加入乙酸浸泡，滤除多余乙酸；
(2)将浸泡后的纤维素、丁酸酐、催化剂置于耐酸容器，进行反应；
(3)加入催化剂和乙酸酐，继续反应；
(4)加入催化剂，继续反应；
(5)冷却至室温，加入己烷并搅拌，得到悬浮液；
(6)过滤悬浮液，所得固体粉末用碳酸氢钠溶液浸泡，再次过滤，用去离子水洗涤产物至中性，最后烘干、粉碎即得。
[0007]进一步地，所述纤维素为木浆柏、棉浆柏、竹浆柏和精制棉中的至少一种。
[0008]进一步地，步骤(1)中，纤维素与乙酸的质量比为1:5?10，浸泡时间为0.5?7天。[0009 ]进一步地，步骤(2 )中，纤维素、丁酸酐、催化剂的质量比为1:2?6:0.1?0.2。
[0010]进一步地，步骤(2)中，反应温度为50?70°C，时间为0.5?lh。
[0011 ]进一步地，步骤(2)、(3)、(4)中，催化剂均为乙酸与浓硫酸按9:1的质量比配制而成的混合物。
[0〇12] 进一步地，所述浓硫酸的浓度是98wt%。
[0013]进一步地，步骤(3)中，催化剂为纤维素质量的5?10%，乙酸酐为纤维素质量的1.5?3倍。
[0014]进一步地，步骤(3)中，反应温度为50?70°C，时间为0.5?lh。
[0015]进一步地，步骤(4)中，催化剂为纤维素质量的5?10%。
[0016]进一步地，步骤(4)中，反应温度为50?70°C，时间为0.5?lh。
[0017]进一步地，步骤(5)中，己烷为纤维素质量的5?10倍，搅拌时间0.5?lh。
[0018]进一步地，步骤(6)中，碳酸氢钠溶液的浓度为0.5?lwt%，碳酸氢钠水溶液为纤维素质量的10?20倍。
[0019]进一步地，该制备方法还包括:步骤(6)过滤悬浮液后得到的滤液，常压蒸馏滤液回收己烷，剩余液体精馏得到乙酸酐、丁酸酐、乙酸、丁酸。
[0020]本发明具有以下有益效果:
1本发明将纤维素先与丁酸酐反应，再与乙酸酐反应，可得到高丁基含量的乙酰基丁酰基纤维素，丁酰基含量可达55%以上，产物质量稳定。
[0021]2本发明用乙酸稀释硫酸作为催化剂，分三次加入，有效降低了纤维素的降解度，分子链水解断裂少，获得平均分子量高的乙酰基丁酰基纤维素。
[0022]3本发明使用己烷沉降乙酰基丁酰基纤维素，避免用水，大量未反应的酸酐和酸可以再利用，节约生产成本，有利于环境的保护和经济的可持续发展。
[0023]4本发明的反应时间短、反应温度较低，可以节约能源;操作简单，可控性强，原料廉价易得，可以工业化大生产;避免使用毒性较大溶剂，操作环境安全，对环境友好。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明:
实施例1?4中所用催化剂均为乙酸与98被%浓硫酸按9:1的质量比配制而成的混合物。
[0025]实施例1
按照以下步骤制备乙酰基丁酰基纤维素:
(1)将log棉浆柏置于烧杯，加入50g乙酸，密封、室温下浸泡0.5天，滤除多余乙酸；
(2)将浸泡后的棉浆柏和40g丁酸酐、lg催化剂置于配有冷凝管和机械搅拌的三颈烧瓶，在70°C搅拌反应0.5h;
(3)加入0.5g催化剂，接着加入20g乙酸酐，在70°C继续搅拌反应0.5h;
(4)加入0.5g催化剂，在70°C继续搅拌反应0.5h ；
(5)将步骤(4)得到的产物冷却至室温，快速搅拌下将50g己烷加入到烧瓶中，搅拌
0.5h，得到悬浮液； (6)过滤悬浮液，所得固体粉末用100g的lwt%碳酸氢钠溶液浸泡lh，再次过滤，用去离子水洗涤产物至中性，最后烘干、粉碎、包装即得乙酰基丁酰基纤维素；
(7)步骤(6)过滤悬浮液后得到的滤液，80°C常压蒸馏滤液回收己烷，剩余液体精馏得到乙酸酐、丁酸酐、乙酸、丁酸。
[0026]本实施例得到的乙酰基丁酰基纤维素丁酰基含量为58%，数均分子量大于20000。
[0027]实施例2
按照以下步骤制备乙酰基丁酰基纤维素:
(1)将10g木浆柏置于烧杯，加入100g乙酸，密封、室温下浸泡2天，滤除多余乙酸；
(2)将浸泡后的木浆柏和20g丁酸酐、2g催化剂置于配有冷凝管和机械搅拌的三颈烧瓶，在50°C搅拌反应lh;
(3)加入lg催化剂，接着加入15g乙酸酐，在50°C继续搅拌反应lh;
(4)加入lg催化剂，在50°C继续搅拌反应lh;
(5)将步骤(4)得到的产物冷却至室温，快速搅拌下将100g己烷加入到烧瓶中，搅拌lh，得到悬浮液；
(6)过滤悬浮液，所得固体粉末用200g的0.5wt%碳酸氢钠溶液浸泡0.5h，再次过滤，用去离子水洗涤产物至中性，最后烘干、粉碎、包装即得乙酰基丁酰基纤维素；
(7)步骤(6)过滤悬浮液